除了上文所述的间接证据，因成熟干细胞无法通过形态学特征被简单识别，所以标志基因的表达被广泛用于研究其表现特征。标记基因与蛋白的特异性结合可通过流动细胞计数分析、常规PCR或实时PCR技术、酶活性含量测定（如端粒末端转移酶）及免疫染色法进行测定。与大多数成熟的组织相比，发现人类子宫内膜中的干性相关端粒末端转移酶的表达及活性更高，有利于确保干细胞增殖能力不受限制。此外，内膜中还可检测到干细胞的替代标记物侧群细胞。基于这些细胞随干细胞的多药抵抗蛋白表达升高而排斥荧光染料烟酸己可碱（Hoechst）33343的特点，可用流动细胞计数对其进行分析。据Masuda等的研究，约2%的子宫内膜表现有侧群细胞。子宫内膜侧群细胞的端粒末端转移酶为阳性且可表达多种干细胞标志物。关于子宫内膜源性干细胞的相关性标志物表达，众多论著主要对以下两种特征进行了描述。

首先，子宫内膜干细胞显著表达一系列标志物，尤其在间质干细胞。包括CD105（内皮因子）、CD90、CD73（ecto-5′-核苷酸酶）、CD44（透明质酸受体）和CD29（整联蛋白β1），还有CD146（MCAM）和CD140b（PDGFRβ）。此外，它们并不表达白细胞标志物，如CD45。一些研究还在内膜干细胞群中测得血管祖细胞标志物，如CD31、CD34和KDR，但可能因采用的分离及鉴定方案不同，大部分研究并未测得这些标志物。

其次，除了间质干细胞样标志物，内膜干细胞还显著表达多能性标志物，包括Oct4、Sox2、nanog和KLF4。值得注意的是，成纤维细胞等分化细胞可被这些因子转化为多能性状态，产生iPS细胞。相比于其他成熟组织，这些多能性标志物的高表达被认为是内膜细胞比皮肤成纤维细胞更易转化为iPS细胞的原因。此外，干性相关的notch和wnt信号通路中的成分可能是内膜干细胞的决定因子。

除了克隆性和特异标志物的表达，成熟干细胞还有其他特征。例如，取自子宫内膜与经血的干细胞在体外仍表现为高增殖潜能，长期培养也未出现染色体畸变。其次，成熟干细胞最有用的特征也许是它们的多谱系分化潜能。内膜干细胞经培养可分化为平滑肌细胞、脂细胞、软骨细胞和成骨细胞，而内膜侧群细胞可分化为脂细胞、成骨细胞、内膜腺（CD9 ⁺ ）样和间质（CD13 ⁺ ）样细胞。且还在体外成功培养分化出与治疗相关的细胞类型，如心肌细胞、多巴胺能神经元样细胞和胰岛素生成细胞。再者，内膜干细胞在体外培养中除了表现出多能性分化潜能，还有研究发现了它们生成内膜组织的能力。例如，Cervello等向免疫缺陷小鼠的肾被膜注射人类子宫内膜侧群细胞可生成内膜样组织。此外，Taylor等通过研究异体间骨髓移植发现HLA不匹配的供者的骨髓干细胞可使受者产生子宫内膜组织，此后两项研究使用Y染色体作为供者标记证实了此发现。“骨髓细胞可能与子宫内膜再生程序有关”也引发了内膜干细胞的起源及分布的问题。因子宫内膜基底层在月经周期中不脱落，所以早期有人猜测内膜干细胞存在于此层。这个观点得到了人们直觉上的响应，也有一些研究结果的支持，包括子宫内膜细胞增殖的带状差异、基底层notch和wnt信号通路成分与功能层相比的优先表达。然而，经阴道活检发现间质样干细胞、经Pipelle活检分离出内膜侧群细胞、从阴道血中分离出内膜干细胞等证据表明，子宫内膜功能层也有内膜干细胞活动，这对于疾病诊断及这些细胞的临床应用都有着重要意义。