Les cellules souches ne sont pas spécialisées. Contrairement à un globule rouge qui transporte l'oxygène dans le sang ou une cellule musculaire qui travaille avec d'autres cellules pour produire le mouvement du corps, une cellule souche n'a pas de propriétés physiologiques spécialisées.

Les cellules souches peuvent se diviser et produire des copies identiques d'elles-mêmes indéfiniment. Ce processus est appelé auto-renouvellement et continue tout au long de la vie de l'organisme. L'auto-renouvellement est la propriété qui definit les cellules souches. Normalement, les cellules spécialisées comme celles du sang et du muscle ne se reproduisent pas elles-mêmes, ce qui signifie que lorsqu' elles sont gravement endommagées par des maladies ou des blessures, elles ne peuvent pas se remplacer elles-mêmes.

Les cellules souches peuvent également se diviser et produire des cellules spécialisées. Ce processus est appelé différenciation. Les cellules souches provenant de différents tissus ou de différents stades du développement varient suivant le nombre et les types de cellules auxquels elles peuvent donner naissance. Selon le point de vue conventionnel, au cours du développement normal d'un organisme, le potentiel d'une cellule souche à produire n’importe quels types cellulaires du corps diminue progressivement.