組織培養細胞形態結構與體內細胞基本相同，但在大體形態以及某些細微結構方面仍存在著一定的差異。

一、形態分類

  根據細胞是否貼附于支持物上生長，形態有所不同。呈懸浮生長時，不論細胞原來源于體內何種類型細胞，由于生長在液體環境中，胞體基本呈圓形。大多數細胞是貼附型生長的。當細胞貼附在支持物上后，細胞分化現象常變得不顯著，易失去它們在體內時的原有特征，在形態上表現單一化的現象。貼附于支持物表面后，開始仍為圓形，但為時很短，很快便經過形態演變過渡成扁平形態。

1. 成纖維細胞型：此細胞形態與體內成纖維細胞的相似而得名，胞體呈梭形或不規則三角形，中央有卵圓形核，胞質向外伸出2～3個長短不齊的突起。細胞在生長時呈放射狀火焰狀或旋渦狀走行，除真正的成纖維細胞外，凡由中胚層間充質起源的組織，如心肌、平滑肌、成骨細胞、血管內皮等細胞常呈此形態。

2. 上皮組織型：本型細胞呈扁平不規則多角形，中有圓形核。細胞彼此緊密相連成單層膜，生長時呈膜狀移動；處于上皮膜邊緣的細胞總與膜相連，很少脫離細胞群單獨活動；起源于內、外胚層細胞如皮膚表層、消化層上皮、肝、胰、肺泡上皮等皆呈上皮型形態。

3. 游走細胞型：此型細胞在支持物上散在生長，一般不連接成片，細胞質經常伸出偽足或突起，呈活躍地游走或變形運動。此型細胞不是很穩定，有時很難和其他型細胞相區別，在一定條件下，如培養基化學性質變動等，它們也可能呈成纖維細胞形態。

4. 多形細胞型：有一些組織和細胞，如神經組織的細胞等，難以確定它們規律和穩定的形態，可通歸人多形細胞型。

二、顯措絲袖

  在一般光學顯微鏡下直接觀察體外培養健康活細胞時，細胞是均質而透明的，結構極不明顯。只有用相差顯微鏡才能看清細胞輪廓和內部結構，培養中細胞一般有1～2個核仁，用固定染色法和特殊技術可顯示出細胞器等結構，但在生活時的細胞中卻不易觀察到。在細如機能狀態不良時，細胞輪廓會增強，反差增大。在胞質中時而出現顆粒、脂滴和空泡等，是細胞代謝不良的表現；反差很大的暗色小顆粒是變形的線粒體。細胞形態結構與細胞在體外生存時間的長短、細胞種類等有直接關系。初代培養的正常二倍體細胞，除大體形態外，在構造和生物學性狀上與原體內細胞近似性大，細胞均質性和透明度都很強。隨細胞在體外生活時間的延長和反復傳代。正常二倍體細胞會發生一定的變化。其核型發生變化時則產生多倍體或異倍體細胞。形態上輪廓增強、核仁增多、有時出現雙核或多核巨細胞等。如細胞發生轉化，它們的形態發生的變化更大。

  培養細胞形態學上的特征只可以在接種對象明確的情況下，大致表明出細胞的類型。如果要確認培養物細胞的種類，必須借助特異性的鑒別方法加以識別。常用細胞的某種特異性蛋白質或肽的抗體進行免疫細胞化學染色鑒定。

三、超微結構

透射電鏡下，一般看不到培養細胞與體內的細胞形態結構方面的明顯差異。培養細胞膜亦分為三層結構，總厚度約7.5nm，由雙層類脂分子組成，雙層分子間嵌有蛋白質分子。細胞膜向外凸出形成泡狀、葉狀、絲狀和指狀突起，長度比較一致，稱微絨毛。隨細胞類型、正常或異常(腫瘤細胞)，以及處于周期階段不同，微絨毛的形狀和數量均有差別。細胞間存在著一定的間隙，成纖維細胞之間的間隙不恒定，上皮細胞相互之間一般有1.5～15nm的間隙。細胞相互接觸部并可見到橋粒。細胞膜表面常附有由細胞分泌形成的糖蛋白膜，即細胞外衣。在細胞膜下面有一層厚100～500nm的胞質區，稱為膜下皮質層，該層具有中等電子密度，其中常見有直徑5～7nm的微絲。微絲在膜下皮質層中分布甚廣，它們主要由多聚肌纖蛋白組成。線粒體、內質網、高爾基氏復合體、中心體和溶酶體等多集中在細胞質內，它們的形態結構與體內細胞相似，但常隨細胞生長狀態不同有很大變化。細胞核超微結構與體內細胞無大差別。永生性細胞系和腫瘤細胞的細胞核一般比較大，染色質比較豐富，核仁大而多。