부모로부터 염색체(chromosome)의 형태로 물려받은 유전인자(gene)는 정자(sperm; 23, X또는 Y)와 난자(ovum; 23, X)가 수정(fertilization)의 과정을 통해서 하나의 세포인 염색체 수 46개의 접합체(zygote; 46,XY 또는 XX)를 만들어서 한 생명체로 성장하게 된다. 어머니 뱃속에서 40주 동안 100회의 세포분열을 거듭하면서 출생 시 세포 수는 헤아리기도 힘든 수(2의 100제곱 = 1,267,650,600,228,229,401,496,703,205,376)로 분열되어 각 장기를 구성하면서 출생하게 된다. 한 개의 세포에서 두 개의 세포로 나눠지는 일반적인 세포 분열은 5단계의 세포주기(cell cycle) 즉, 간기(interphase), 전기(prophase), 중기(metaphase), 후기(anaphase), 말기(telophase)를 거처 모세포(mother cell)와 같은 46개의 염색체(생식세포인 경우에는 감수분열로 23개)를 가진 자세포(daughter cell)로 분리되고 간기에 DNA를 두 배로 늘려 다음 세포분열에 돌입하게 되는 기본 틀을 유지하게 된다. 혈액 내 림프구의 시험관 내에서의 세포주기는 24시간이나 각 장기의 세포마다 세포주기는 큰 차이를 보인다.

인체 내에서의 세포분열은 세 가지 형태 즉, 정상세포(normal cell)분열, 줄기세포(stem cell)분열 그리고 암세포(cancer cell)분열 중 하나에 속한다. 외관적으로는 서로 비슷하지만 내면적으로는 서로 다른 형태로 나눠 존재하게 된다. 정상세포 분열은 세포의 분화(cell differentiation) 과정으로 이뤄지는데, 외관적으로는 단순 2개의 세포로 형성되지만 내면적으로는 모세포와 자세포의 기능은 다르며 더 성숙해진다. 즉, 세포가 분화를 통해서 어른으로 성장해가는 과정이라고 생각하면 맞다. 그리고 모세포에 비해서 자세포의 염색체 말단부(telomere)가 짧아지면서 세포의 기능에는 모세포와 차이가 있으며 세포분열을 거듭하면서 말단부가 다 없어지면 그 세포는 더 이상의 분열기능은 없어지고, 세포사멸(aptosis)을 맞이하면서 구성성분은 재활용에 이용된다. 세포분열에서 세포분화의 과정이 없이 단순하게 하나의 세포가 두개의 세포로 분열만을 한다면 접합체로 시작된 생명체는 출산 시 거대한 공 모양의 세포 덩어리로 출생하는 기 현상을 보이게 될 것이다. 그러나 세포분화의 과정을 거치면서 각 장기로 구성된 귀여운 신생아로 출생하게 된다. 다시 말하면 정상세포 분열에서 모세포와 자세포는 외견상으로는 같아 보이고 염색체 배열도 동일하나 기능적인 측면에서는 더 세분화되어 가고 있다고 할 수 있다. 여기에 관여하는 핵(nucleus)내 구조물 중 하나가 히스톤(histone)이다.

이와 대조되는 암세포분열은 모세포와 똑같은 세포 즉, 말단부 단축이 없는 세포로 변한 암세포는 세포 생존에 필요한 영양소만 있으면 세포사멸이 없이 영구불멸의 세포로 존재하게 된다. 그리고 암세포는 유전자배열이 정상세포와 다른 이상배열을 가지는데 세포의 기본임무인 정상 단백질을 만들지 않고 암단백질(oncoprotein)을 만들어 지속적으로 암세포로 만 분열을 하게 된다. 유전자배열의 이상의 형태로는 염색체 수의 이상과 구조 이상 즉, 결실(deletion), 전좌(translocation) 등 이상이 세포분열기에 발생하게 된다.

세 번째 줄기세포 분열은 특이하게도 두 세포로 분열된 것 중 하나는 정상세포분열(말단부의 단축)의 형태를 갖추고 다른 한 세포는 말단부 단축이 없는 모세포 그대로의 세포로 분열되는 특징을 자지고 있어서 둘로 분열된 세포 중 하나는 항상 원형 그대로의 모습(originality)을 유지할 수 있는 것이다. 이 이론을 바탕으로 진행되는 학문이 동물복제술이며 그 결과물이1996년 복제 양 돌리(Dolly)의 출생이다. 즉, 한 개체의 줄기세포에서 유전형질이 똑같은 다른 개체를 출생시킬 수 있는 기술로 일부 생명공학 학자들도 수억 년 전에 사라졌던 공룡을 재탄생시킬 수 있을 것이라는 기대에 연구를 하고 있을 것이고, 이런 상상에서 누구나 한 번 쯤은 내가 죽더라도 나와 똑같은 유전체를 가진 나의 복제인간의 탄생에 대해서 기대해 봤을 것이다. 그리고 한 때 세계적으로 각광을 받고 줄기세포를 이용한 동물복제를 달성했다고 대서특필되었으나 허구임이 밝혀져 논란이 되었던 적이 있었다. 생명의 신비가 그처럼 쉽게 풀리지 않는다는 반증이기도 하다. 종양치료에 조혈모세포이식술(hematopoietic stem cell transplantation)이 상당한 기여를 하고 있는데 조혈모세포를 얻을 수 있는 장기로 골수, 말초혈액, 제대혈(cord blood), 유산된 태아 그리고 실험실 내 줄기세포 배양 등이 있다. 이를 해결하기 위해서 배아줄기세포 배양에 대한 연구 또한 활발하게 진행 중에 있다. 이식자 간 반응(GVHD; graft–versus-host disease 또는 거부; rejection)을 최소화하면서 이식을 성공시킬 수 있는 실험실 내 줄기세포 증식에 대한 연구이다.

그러나 조혈모세포 증식만 연구하는 것이 아니다. 실험실에서의 인체 장기 전반에 걸친 배아줄기세포 연구는 뜨거운 분야가 되었다. 자동차도 부품을 새것으로 교체하면 그 기능이 회복되어 새 차가 되듯이 인체의 각 장기배양의 실험실을 계획할 수도 있다. 화상환자의 자가 피부이식술은 오래전부터 시행되어 온 치료로 피부미용뿐 아니라 피부의 수축으로 인한 운동장애 등을 해결하는 데 큰 도움을 주었다. 그 후에 발전된 자신의 피부모세포(skin fibroblast)를 실험실에서 배양시켜 손상된 피부에 이식시키므로 기존의 단순한 피부이식술을 커버하고 있다.