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细胞学说认为，所有生物都是由基本单位——“细胞”构成的。细胞是最简单的生命形式。许多生物体都以单细胞生物的形式存在。结构更为复杂的生物（例如动物、植物）是多细胞生物，它们由各种特化细胞组成，这些特化细胞无法长时间单独存活。所有细胞都来自已经存在的细胞，通过分裂繁殖，它们又和更早期的细胞产生了联系。在地球生命悠久的进化历程中，这些早期的细胞已经发生了方方面面的变化。从根本上讲，生物体的任何活动都在细胞层面上进行。
17世纪末期，罗伯特·胡克（Robert Hooke，1635—1703）在一块木塞片中看到了细胞，而后又在骨骼、植物中观察到了细胞，是第一个观察到细胞的人。1824年，亨利·杜特罗歇（Henri Dutrochet，1776—1847）提出动物的细胞结构与植物的细胞结构类似。1831年，罗伯特·布朗（Robert Brown，1773—1858）发现了细胞核；也就在这段时期前后，马提亚·施莱登（Matthias Schleiden，1804—1881）命名了核仁（细胞核内的一种结构，与核糖体的产生有关）。1839年，施莱登与西奥多·施旺（Theodor Schwann，1810—1882）提出了一个基本的细胞学说；前者认为细胞是组成植物组织的基本单位，而施旺则将范围延伸至动物，认为细胞也是动物组织的基本单位。1855年，罗伯特·雷马克（Robert Remak，1815—1865）首次提出了细胞分裂。1888年，维尔海姆·冯·威尔顿-哈茨（Wilhelm von Waldeyen-Hartz，1836—1921）观察到了细胞核中的染色体，并为其命名。沃特尔·弗莱明（Walther Flemming，1843—1905）是第一个在细胞分裂全过程中观察到染色体变化的人。
“细胞”一词是英国科学家罗伯特·胡克率先使用的，他用这个词描述了1665年他在木塞片中看到的细胞。胡克用30倍的显微镜，看到了木塞片中的小隔间，并将其称为“细胞”（cellulae）。这是个拉丁词，意为“小房间”，因为观测到的细胞室让他想到了僧人们住的小房间。我们现在用的“细胞”（cell）就是从这个词变化而来的。据他估计，1平方英寸（6.45平方厘米）的木塞片中大约有12.59712亿个小房间（细胞）。
真核细胞比原核细胞复杂得多。真核细胞内分隔成一个个小室，细胞质内有被膜包裹着的细胞器。真核细胞的主要特征就是细胞核外有核膜覆盖。细胞核能将遗传信息的活动与其他细胞代谢活动分隔开来。
原核细胞与真核细胞的对比
所有生物体可分为三大类群，又名生物三域，它们是：真细菌域、古细菌域、真核生物域。真细菌域和古细菌域由含有原核细胞的单细胞生物组成。真核生物域由4个界组成：原生生物界、真菌界、植物界和动物界。这4界中生物体的细胞是真核细胞。“真核”的意思就是“真正的核”。
所有真核细胞都有细胞器。人们经常将细胞器称为“小器官”；细胞器有细胞器膜覆盖，结构多孔，具有特定功能。真核细胞的细胞器种类较多，其中包括细胞核、线粒体、叶绿素、内质网以及高尔基体等。
细胞中，最大和最小的细胞器是什么？
细胞中最大的细胞器是细胞核。紧随其后的是叶绿体，它比线粒体大得多。细胞中最小的细胞器是核糖体。
植物细胞特有的细胞结构有叶绿体、中央液泡、液泡膜、细胞壁以及胞间连丝。而动物细胞特有的细胞结构是溶酶体和中心粒。
续表
细胞核是细胞的信息中心，也是遗传信息（DNA）的储藏场所，它控制活真核细胞的所有活动。通常情况下，细胞核是真核细胞中最大的细胞器，含有多条染色体。
1831年，苏格兰植物学家罗伯特·布朗（Robert Brown，1773—1858）在研究兰花时，首次对细胞核进行了描述，并为其命名。布朗将这种结构称为“细胞核（nucleus）”。细胞核来自拉丁词语，意为“小坚果”“核心”。
原核细胞没有成形的细胞核。大多数真核细胞都有一个以核膜为界的成形细胞核。成熟的红细胞是唯一没有细胞核的哺乳动物细胞。
细胞质膜的厚度大约只有8纳米。8000多张细胞质膜的厚度才能顶得上一张普通纸张的厚度。
人体内的细胞有多少？
人体内大约有100万亿个细胞。
细胞质膜的主要功能是为细胞提供屏障，留住细胞成分，阻挡有害物质进入。细胞所必需的养分可以通过细胞质膜进入细胞；细胞废物也可通过细胞质膜排出。质膜的具体功能取决于其中的磷脂分子和蛋白质的种类。
干细胞是一种未经分化的细胞，没有具体功能。这说明特定条件下，干细胞有能力分化产生可变为特定的组织的细胞。干细胞可以用来培植新的心脏，这样的心脏在移植后没有排斥反应之忧。干细胞还能用来恢复受损结构的功能，比方说受损的脊椎。它们还可以用作药物试验中的细胞模型，加快人们找到治疗方案的速度。干细胞的潜在功效让各项试验研究人员大为兴奋，但也颇具争议。
有丝分裂期间，脱氧核糖核酸（DNA）先进行复制，接着细胞会分裂成两个子细胞，子细胞与母细胞基因完全相同。虽然人们经常把有丝分裂的过程列为4个时期，但实际上，有丝分裂由6个阶段构成。
· 间期：为分裂过程进行全面准备。
· 前期：染色体凝缩；核膜消失；纺锤体形成；染色体附着于纺锤丝之上。
· 中期：附着于纺锤丝上的染色体都位列细胞中线上。
· 后期：着丝粒分裂，染色单体分开。
· 末期：分裂出的染色体周围重新生成核膜。
· 胞质分裂：细胞质、细胞膜、细胞器分裂。在植物体内，新的细胞壁形成。
>>> 有丝分裂的各阶段
光合作用（Photosynthesis，英文单词前半部分源于希腊词语“photo”，意为“光”；后半部分源于希腊词语“syntithenai”，意为“放在一起”）指的是植物从光中获得能量，利用二氧化碳和水合成养分的过程。光合作用期间生成的氧气（O 2 ）对于植物来说其实是废物。光合作用牵扯到两个阶段以及多种成分，最终会为全世界的生物提供养料。光合作用每年的产糖量超过2500亿吨，这不仅是植物的养分来源，还能为所有异养生物体（包括人类）提供食物。
在古希腊人和古罗马人眼中，植物的养分来自土壤。最早对这个说法进行验证的人是比利时科学家扬·巴普蒂斯塔·范·海尔蒙特（Jan Baptista van Helmont，1577—1644）。他盆栽了一棵柳树，而且只给它浇水。第五年末，柳树的重量增加了164磅（74.4千克），而土壤的重量减少了2盎司（57克）。因此，范·海尔蒙特总结道，植物的所有养分都来自水，而不是土壤。约瑟夫·普里斯特利（Joseph Priestley，1733—1804）则向人们展示了植物对空气的“净化”。
1771年，普里斯特利进行了一项试验。实验期间，他在玻璃容器内放了一根点燃的蜡烛，并让这根蜡烛持续燃烧，直至因氧气耗尽而熄灭。随后，他往玻璃容器内放入植物，让其在容器内生长一个月。一个月后，他又进行了蜡烛实验；这次，他发现蜡烛又可以继续燃烧。普里斯特利的实验向人们展示出植物可以吸收燃烧释放出的二氧化碳（CO 2 ），还能释放氧气（O 2 ）。荷兰物理学家扬·伊根霍兹（Jan Ingenhousz，1730—1799）证实了普里斯特利的观点，并强调绿色植物只有在有光照的情况下才能“净化”空气。
最先拿出证据证明光合作用有两个阶段的人是F.F.布莱克曼（F.F.Blackman，1866—1947）。1905年，布莱克曼就已经发现光合作用有光反应阶段和暗反应阶段。1930年，C.B.范·尼尔（C.B.van Niel，1923—1977）提出，光合作用中形成的氧气来自水，而不是二氧化碳；他是第一位提出类似观点的人。1937年，罗伯特·希尔（Robert Hill，1899—1991）发现，叶绿体在没有二氧化碳的情况下生成氧气必须有光线照射和人工电子受体。
细胞间的信息传递通过很小的信号分子进行。小信号分子由特定细胞产出，由靶细胞接收。这种信息传递系统运作的距离可长可短。蛋白质、脂肪酸衍生物、气体都能作为信号分子。一氧化氮气体就属于局部信息传递系统的一环，能发出信号，使人体血压降低。
激素是远距离信号分子，必须通过循环系统从产生地运送至靶细胞。植物细胞的细胞壁具有刚性，因此有彼此联通的细胞质，称为胞间连丝。胞间连丝使细胞间可以传递信息。动物体内，使临近细胞间进行物质传递的是间隙连接。
细胞克隆，又名有丝分裂，指的是细胞精确复制的过程。多细胞生物的生长与修复离不开这个细胞转化过程。不同种类的细胞有丝分裂的本领也各不相同。有些细胞（例如皮肤细胞）经常克隆，有些细胞（例如神经系统中的细胞）在成熟、分化后就不再增殖了。人们对克隆的研究旨在大量复制细胞，用于各种途径，比如进行基础研究，或是培植移植器官。
生物体内，细胞的功能越具体，功能改变的概率就越小。然而，有些细胞并没有明确的功能，而且能适应机体的需求变化。骨髓细胞就是哺乳类动物中突出的例子。骨髓细胞负责在血液中生产不同种类的细胞，它能产出红细胞和五种白细胞。原生生物界的黏菌的细胞功能就能发生极大的改变。黏菌的细胞适应性使之可以从单细胞变形虫变为有繁殖能力的多细胞生物，可产出孢子。
人们能制出细胞吗？
现今，美国国家航空航天局（NASA）的所有研究都着眼于在外太空用细胞输送药物成分。这些细胞能在脱水状态下存在，可以安全地长期储存。人造细胞由聚合物制成；这些聚合物的功能与细胞膜类似，却比细胞膜更为坚韧、易于处理。这种聚合物叫作聚合物囊泡，能与其他聚合物交联。研究人员认为聚合物囊泡内可以封装很多种分子，而后输送至特定的靶器官。能运送氧气，还能输送药物成分的人造血细胞就是聚合物囊泡。
人类培养且存活最久的活人体细胞是海拉细胞系。所有海拉细胞都取自海莉耶塔·拉克斯（Henrietta Lacks 1920—1951）；她是一位来自马里兰州巴尔的摩市的31岁女性，死于宫颈癌。人们从活体组织检查中得到了她的上皮组织，而后经培育成了人类首个持续培养的人体恶性细胞。在此次细胞培养中，科学家们发现，80%～90%的宫颈癌组织都有人乳头瘤病毒的DNA。很多生物医学试验都用到了海拉细胞。
细胞死亡的原因很多。很多细胞的死亡都不是自己所愿；比方说，细胞可能会因饥饿、窒息或受损而死。受损的细胞，比如受到病毒感染，或DNA遭到改变的细胞经常会程序性死亡。程序性死亡可以剔除有致命突变倾向的细胞、限制病毒的扩散。细胞程序性死亡也是胚胎发育期间的正常部分。青蛙的细胞死亡后，组织得到剔除，使蝌蚪得以变态，成为青蛙。