一切生物結構和功能的基本單位。它能夠表現各種生命現象，例如新陳代謝、生長和發育、繁殖、遺傳、變異、應激性和對環境的適應等。
1665年英國科學傢R.胡克用簡單的顯微鏡觀察軟木薄片的結構時，發現它是由許多蜂窩狀小室組成的。胡克最早把這種小室稱為“細胞”(cellulae)。雖然當時他所看到的隻是死亡的植物的細胞壁，但是“細胞”這一表示生物結構基本單位的名稱，後來得到廣泛使用。
1839年年德國生物學傢M.J.施萊登和T.A.H.施萬分別從大量的植物和動物的觀察中得出結論，創立瞭著名的細胞學說，明確瞭從單細胞生物到高等動植物都是由細胞組成的。
化學組分 所有細胞都是由水、鹽類、核酸、蛋白質、糖、脂質，以及其他各種微量物質如維生素、細胞代謝中間產物等組成的。水、鹽離子和某些維生素或與細胞中的大分子組成復合物，或者遊離存在。在不同的細胞或不同的生物中，它們含量的差別往往很大。
水分 生活細胞的80%是水。體內82%的氧原子和67%的氫原子組合成水分子。體內每100個分子中有99個是水分子。營養物質和氧都是以水溶液的形式運送到細胞中。細胞一旦失去水分，生命過程就會停止，甚至死亡。由於水的高比熱、高蒸發熱和高融解熱等重要特性，所以水還具有穩定生物體溫的作用。
鹽類 無機鹽物質在細胞中以離子形式存在，濃度變動范圍很小，主要作用包括兩方面：①維持滲透壓。溶解的總鹽濃度對水分的進入或移出細胞起調節作用；②特異的作用。不同的鹽離子在細胞中各有其特殊的功能。
生物大分子 核酸、蛋白質、糖和脂質四種大分子物質約占細胞幹重的90%以上。細胞的生長、繁殖和分化等都要依靠這些分子的特性才得以表現。
a 細胞和細胞器
b 植物細胞模式圖
圖1 細胞結構示意圖
基本結構 電子顯微鏡術的應用，揭示瞭細胞的微細結構和各種細胞器，使人們對細胞的認識從顯微水平發展到亞顯微水平。同時結合X射線衍射法、放射自顯術和同位素示蹤等技術，在分子水平上闡明瞭細胞的結構與功能的某些關系。
根據結構，通常把細胞分為兩大類：原核細胞和真核細胞。前者包括支原體、細菌和藍藻。後者構成真核生物包括原生動物、單細胞植物，以及由許多形態不同和功能各異的細胞所組成的低等和高等動、植物。
原核細胞 主要結構有細胞膜、細胞質、核糖體，以及由一條裸露的DNA雙鏈所構成的擬核。擬核沒有與細胞質部分相隔開的界膜（核膜），這是與真核細胞的主要區別。
此外，原核細胞中除含有核糖體和間體（原核細胞近核區的細胞膜內褶，有人認為其功能與細胞分裂及呼吸有關）外，沒有真核細胞中的各種細胞器。但是許多細菌表面有運動器鞭毛或纖毛。能夠進行光合作用的藍藻和細菌具有內膜結構，膜上附著與光合作用有關的色素組分。
原核細胞的化學成分相當復雜。例如大腸桿菌大小隻有1×2微米左右，卻含有約5 000種不同的化學組分。支原體是已知的最小的細胞，大小隻相當於最大的病毒，然而它們的遺傳物質(DNA)也能指導合成500～1 000多種蛋白質。
真核細胞 真核細胞的結構要比原核細胞復雜得多（見真核生物）。在同一個多細胞有機體內，因為所執行的功能不同，細胞的形態和結構也有明顯差別。所以，所謂真核細胞的“典型圖”，是假定它們具有某些普遍的共同特征為基礎的（圖1）。
真核細胞由細胞核和它周圍的細胞質，以及包在外面的質膜（見細胞膜）所構成。大多數植物細胞在質膜之外還有細胞壁。細胞質內存在許多亞細胞結構（細胞器），它們分別擔負著某些專一性功能。
細胞的整體性 細胞是有高度組織性的整體。細胞的不同結構和組分在功能活動上既有獨立性，同時又通過分子和能量的流動，相互聯系和協調，以保證各種生命現象有序地進行。例如在細胞整個生命周期中都有膜成分的更新和合成，以適應細胞生長、發育等的需要。通過線粒體中的生物氧化作用，不斷地將化學能用於完成細胞內各種類型的工作。而所有這一切活動又往往是以細胞內信息流為基礎的。
膜系統的連續性 真核細胞的高度分室化是進化的特征之一。細胞內的專一性代謝活動，大多是在內膜所分隔的部位，或內膜所包被的亞細胞結構中進行的。粗面內質網中形成的磷脂，很快就被分配並參入到整個細胞的膜系統“內質網”中。膜蛋白在核糖體上形成之後，先儲存於粗面內質網，隨後轉運到高爾基器中加工，並與碳水化合物相結合，再通過分泌泡參入到質膜。在分子流動的同時，膜結構也在不斷地更新。膜結構的來源是內質網膜，但是核膜與內質網膜結構的補充則是雙向的。
能量流 活細胞是一個動態體系，時刻進行著代謝活動。例如，細胞組分的合成和分解、化學物質的輸入與輸出以及運動等，這一系列生命活動都需要消耗能量。絕大多數生物所需的能量的最初源泉都是太陽的光量子。某些原核生物和某些原生動物，以及綠色植物都能通過光合作用，把太陽的光能儲存在碳水化合物分子裡（自養生物）。而大多數原核生物，大多數原生動物、真菌和動物則攝食其他生物，間接獲得太陽的能量(異養生物）。異養生物所攝取的蛋白質、碳水化合物和脂類在細胞中逐步降解和氧化，最後形成二氧化碳和水。所釋放出的自由能，被利用於腺苷二磷酸(ADP)和無機磷合成腺苷三磷酸(ATP)。在生物能學中，ATP為生物合成、機械功、主動運輸和其他代謝反應所利用。在這些過程中也產生熱，顯示熵的增加，再通過細胞外體液環境的調節而散失。在生物系統，能量流一般是單向的，不可逆的（圖2）。
圖2 細胞內能量流的示意圖
信息的傳遞 活細胞在不斷地合成各種蛋白質，包括結構蛋白、調節代謝過程的蛋白、催化化學反應的酶蛋白，以及許多其他種類的蛋白質。核糖體是合成這些蛋白質的場所。線粒體是供應合成過程所需能量的細胞器。指令各種蛋白質合成的信息都來自細胞的遺傳物質——DNA。信息的傳遞是有方向性的，即由DNA通過轉錄產生信使核糖核酸(mRNA)，mRNA再經由核糖體來指導特異蛋白質的合成。雖然借助逆轉錄酶的作用也可以RNA為模板合成DNA，但是以DNA為模板的信息傳遞，在一切細胞中仍然是基本的法則（圖3）。
每個細胞在一定發育階段，或一定生理狀態下，隻有部分遺傳信息（基因）表達。在不同類型細胞中表達的基因不完全相同，這是多細胞有機體細胞特化的基礎。
特化的細胞 單細胞生物 營獨立生活的單細胞有機體，也表現一定程度的結構分化及其負責的特定功能。例如原生動物草履蟲就具有口溝、食物泡、肛門點和輻射管等，以適應其生活的需要。但是，這種在單個細胞內結構的分工，其效率是有限的。
細胞群體 由細胞聯合所形成的群體，開始顯示瞭輕微程度的細胞間的分工。例如綠菌門的團藻，雖然是由數百個甚至幾萬個形狀和結構相同的細胞，聯合而形成的球形或卵球形群體，但是還存在著少數體積較大、專司繁殖的細胞，以區別於絕大多數營養細胞。
圖3 真核細胞中DNA信息流的示意圖
多細胞生物 刺胞動物門的水螅是較低等的多細胞生物，由多種不同類型的特化細胞所組成，並且顯示瞭一定的組織結構。組成體壁的上皮細胞含有肌纖維，可以使觸手和身體縮短或伸長。肌細胞的活動又受到處於內外兩層上皮細胞之間的神經細胞的控制。觸手滿佈刺細胞，用以捕獲食餌，送入口中。通常營出芽生殖，但環境不適宜時又能生出卵巢和精巢，進行有性生殖。
在高等有機體，大部分細胞都屬於這種或那種特化細胞群。它們分別具有特殊的形態、結構和生化過程，以及與之相適應的特定功能。例如：肌肉細胞(肌纖維)一般呈梭形，有收縮特性。每個細胞都被覆一層彈性膜（肌膜）；細胞質中有沿長軸分佈的肌原纖維。在橫紋肌細胞肌原纖維的主要成分為肌動球蛋白，是肌肉收縮的成分。神經細胞包括細胞體和突起兩部分。突起又分為軸突和樹突，前者可長達1米多，構成神經纖維，起著接受刺激和傳導沖動的作用。胃的壁細胞是制造及分泌鹽酸的細胞。表面有無數的微絨毛伸入腔內，以進一步增加細胞的表面積，使酸分泌能夠充分地運輸到胃腔內。另外，細胞質中線粒體多，占細胞質的大部分，說明壁細胞有高度的能量代謝。
此外，在特化細胞形成過程中，也有逐漸失去原初細胞所具有的結構和大部分生化過程的情況，哺乳類動物的紅細胞生成就是一個突出的例子。各種特化細胞組成不同的組織，組織再建成器官和系統。它們之間相互作用又相互協調，使高等有機體進而達到完善的高效能的生理水平。
雖然多細胞有機體有各種各樣的特化細胞，例如成年人的各種組織和器官約由1014個細胞組成，但是它們都來源於一個受精卵的不斷分裂，並經過分化過程而最終形成各種特殊結構和特定功能的細胞。除去胚胎細胞以外，成年動物的幹細胞或再生細胞，植物的分生細胞也能分化成特化細胞。因為已經分化的細胞其細胞核仍未失去全能性，所以同一個有機體的所有細胞除去都有看傢基因，以維持細胞的生存外，各種特化細胞還分別表現特定的基因活動，以合成專一的mRNA和蛋白質。