受精卵( zygote)分裂形成的全能细胞经过数次细胞分裂之后形成一个由外层细胞和内细胞群组成的中空环形细胞群结构，即胚囊( embryo sac)。胚胎干细胞( embryonic stem cell)是一类源于胚囊内细胞群和早期胎儿的原始生殖细胞的全能干细胞，具有无限增殖和高度未分化特性，能够分化为几乎所有类型的细胞。

20世纪80年代初，Evans和Kaufman首次成功从小鼠胚囊中分离培养出胚胎干细胞。迄今为止，已经有研究证明小鼠胚胎干细胞可以分化为多系统多类型的重要细胞，如造血细胞、淋巴细胞、骨髓细胞、成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、心肌细胞、平滑肌细胞、内皮细胞、黑色素细胞、神经细胞、神经胶质细胞、少突胶质细胞、胰岛细胞、滋养层细胞等。目前关于人类胚胎干细胞的研究，发现其可分化为心肌细胞、造血细胞、神经细胞、神经胶质细胞、滋养层细胞等。由于胚胎干细胞在体外培养过程中保持未分化的二倍体状态及其全能性，因此被广泛用于胚胎发育和胚胎工程研究中。胚胎干细胞的自我更新( self-renewal)与全能分化性受到多种因素的协同影响，诸多研究表明多种分泌因子参与了胚胎干细胞的增殖和分化命运的调控。因此，胚胎干细胞被视为一种良好的研究分化和发育调控机制的模型，帮助我们更好地了解人类发育的规律，特别是发育早期的关键事件，从而推动人类胚胎发育、细胞分化、衰老、死亡的研究进程。从临床医学角度来看，胚胎干细胞可以为临床用药、其他治疗方法的疗效评估起到指导作用。由于胚胎干细胞具有自我更新能力和全能性，可以通过体外扩增大量获得，使得疗效评估环境更贴近生物体体内环境，在一定程度上减少了动物实验，降低了研发成本。同时由于其佐证性更强，增加了药物的安全性。此外，胚胎干细胞还可以作为一种载体，将通过同源重组产生的基因组的定点突变导入个体，实现基因治疗，即使用不同的外源性基因转染胚胎干细胞或在胚胎干细胞水平上进行基因敲除或者基因打靶，经体外筛选后，建立带有目的基因的细胞系或将筛选后带有目的基因的胚胎干细胞注射到宿主体内。由此看来，胚胎干细胞的研究发展将会给再生医学带来一场革命。