Tế bào gốc là các tế bào sinh học có khả năng biệt hoá thành các tế bào khác, từ đó phân bào để tạo ra nhiều tế bào gốc hơn. Chúng được tìm thấy trong các sinh vật đa bào. Đây là thuật ngữ dịch từ tiếng Anh "stem cell" dùng để chỉ các tế bào chưa biệt hoá để đảm nhiệm chức năng trò cụ thể mà chúng vốn có "số phận" phải phát triển thành. Chẳng hạn, một tế bào xương thì không thể "đẻ" ra tế bào xương khác, nhưng tế bào gốc xương thì có. Bởi thế, tế bào gốc có tiềm năng phát triển thành hầu hết bất kỳ loại tế bào nào tuỳ thuộc môi trường yêu cầu. Trong cơ thể sống, có thể lấy tế bào gốc từ hai nguồn chính: mô cơ thể đã trưởng thành và trong phôi giai đoạn sớm. Ngoài ra, các nhà khoa học cũng đã nghiên cứu phương thức phát triển tế bào gốc từ các tế bào khác bằng kỹ thuật "lập trình lại" gen. Ở động vật có vú, có hai loại tế bào gốc: tế bào gốc phôi (Embryonic stem cell), được phân lập từ trong của phôi nang giai đoạn sớm, và tế bào gốc trưởng thành (Adult stem cell), được tìm thấy trong các mô khác nhau. Trong các sinh vật trưởng thành, tế bào gốc và các tế bào tiền thân đóng vai trò như một hệ thống sửa chữa cho cơ thể, chúng thay thế và bổ sung các tế bào lão hoá hoặc bị hư hại ở người trưởng thành. Trong phôi đang phát triển, tế bào gốc có thể biệt hoá thành các tế bào chuyên biệt - ngoại bì, nội bì và nội mạc tử cung (xem các tế bào gốc đa năng) - nhưng cũng duy trì số lượng tế bào của các cơ quan tái tạo, chẳng hạn như máu, da, hoặc các mô ruột. Ở người, có ba nguồn đã được biết của các tế bào gốc trưởng thành có khả năng sinh ra thế hệ tế bào sau giống như nó (autologous):
Tủy xương, được lấy từ phương thức khoan vào xương (điển hình là xương đùi hay xương chậu). Mô mỡ (gồm các tế bào mỡ) được lấy bằng phương pháp hút mỡ. Máu, trong đó máu được rút ra từ người hiến tặng (tương tự như hiến máu), đi qua máy tách chiết các tế bào gốc và trả lại các phần khác của máu cho người hiến. Tế bào gốc cũng có thể được lấy từ máu dây rốn ngay sau khi sinh. Trong tất cả các loại tế bào gốc, việc thu hoạch tế bào gốc tự thân sẽ có ít nguy cơ rủi ro nhất. Theo định nghĩa, các tế bào tự thân thu được từ cơ thể của chính mình, giống như người ta có thể sử dụng máu của chính mình cho các cuộc phẫu thuật của mình vậy. Tế bào gốc trưởng thành thường được sử dụng trong các liệu pháp y khoa khác nhau (ví dụ, cấy ghép tủy xương). Tế bào gốc có thể được phát triển nhân tạo và chuyển đổi (biệt hoá) thành các tế bào chuyên biệt với các đặc tính phù hợp với các tế bào của các mô khác nhau như cơ và dây thần kinh. Các dòng tế bào phôi và các tế bào gốc phôi tự thân sinh ra thông qua việc chuyển gen hạt nhân (Somatic Cell Nuclear Transfer) hoặc biệt hoá ngược (Dedifferentiation) là những phương pháp điều trị rất tiềm năng trong tương lai. Nghiên cứu về các tế bào gốc được phát triển từ những phát hiện của Ernest A. McCulloch và James E. Till ở đại học Toronto vào những năm 1960.