Stamcellen zijn ongedifferentieerde (niet-gespecialiseerde) cellen die kunnen veranderen in gespecialiseerde cellen en zich kunnen delen om meer stamcellen te produceren. In potentie kunnen ze zich in het lichaam vroeg in het leven en tijdens de groei ontwikkelen tot veel verschillende celtypen. Daarnaast kunnen ze in veel weefsels werken als een intern herstelsysteem, waarbij ze zich in wezen zonder beperking delen om andere cellen aan te vullen zolang de persoon of het dier leeft. Er zijn twee typen stamcellen: embryonale stamcellen, aanwezig in het vroege stadium van de embryonale ontwikkeling, kunnen zich differentiëren tot alle gespecialiseerde cellen van het lichaam, zoals spiercellen, rode bloedcellen en zenuwcellen; volwassen stamcellen, die in sommige volwassen weefsels worden aangetroffen, kunnen werken als een herstelsysteem voor het lichaam.
Een stamcel of cellula praecursoria is een cel die in staat is om in een ander celtype te veranderen (differentiëren).
In tegenstelling tot dieren kunnen planten dankzij het meristeem voortdurend nieuwe organen, zoals bladeren, bloemen, stengels en wortels, vormen uit aanwezig blijvende stamcellen. Diktegroei van stengels en bomen is mogelijk door de aanwezigheid van het secundaire meristeem.
Afhankelijk van het type stamcel heeft deze meer of minder mogelijkheden om tot verschillende celtypes te differentiëren. Naar afnemende veelzijdigheid worden vier differentiatiegraden van stamcellen onderscheiden:
- totipotente stamcellen
- pluripotente stamcellen
- multipotente stamcellen
- unipotente stamcellen
Een embryo bestaat in eerste instantie enkel uit totipotente stamcellen. Later gaan deze zich specialiseren en vormen ze cellen met elk een eigen functie. Deze gespecialiseerde cellen kunnen daarna geen andere functies meer vervullen (uitzondering: plasticiteit) en ze kunnen ook nooit meer teruggaan in hun ontwikkeling om weer stamcellen te vormen. Als de celfunctie deling toestaat, worden door deling alleen soortgelijke of nog sterker gespecialiseerde cellen gevormd.
In een gewone (somatische) cel worden de telomeer-sequenties bij elke deling een stukje korter, omdat bij afwezigheid van het enzym telomerase het laatste stukje chromosoom bij de deling verloren gaat. Wanneer er uiteindelijk niets meer van de telomeren over is, gaat de cel in delingsrust of sterft ze af (apoptose). Als de telomeren op zijn, zou immers bij elke volgende celdeling een stukje cruciaal DNA verdwijnen. Stamcellen beschikken echter wél over het enzym telomerase, dat in staat is na elke deling het verloren stukje telomeer weer bij te maken.
De volgende indeling is gebaseerd op de verschillen tussen embryonale stamcellen en volwassen stamcellen.