组织培养细胞形态结构与体内细胞基本相同，但在大体形态以及某些细微结构方面仍存在着一定的差异。
(一)形态分类
根据细胞是否贴附于支持物上生长，形态有所不同。呈悬浮生长时，不论细胞原来源于体内何种类型细胞，由于生长在液体环境中，胞体基本呈圆形。大多数细胞是贴附型生长的。当细胞贴附在支持物上后，细胞分化现象常变得不显著，易失去它们在体内时的原有特征．在形态上表现单一化的现象。贴附于支持物表面后，开始仍为圆形，但为时很短，很快便经过形态演变过渡成扁平形态。
1．成纤维细胞型：此细胞形态与体内成纤维细胞的相似而得名，胞体呈梭形或不规则三角形，中央有卵圆形核，胞质向外伸出2～3个长短不齐的突起。细胞在生长时呈放射状火焰状或旋涡状走行，除真正的成纤维细胞外，凡由中胚层间充质起源的组织，如心肌、平滑肌、成骨细胞、血管内皮等细胞常呈此形态。
2．上皮组织型：本型细胞呈扁平不规则多角形，中有圆形核。细胞彼此紧密相连成单层膜，生长时呈膜状移动；处于上皮膜边缘的细胞总与膜相连，很少脱离细胞群单独活动；起源于内、外胚层细胞如皮肤表层、消化层上皮、肝、胰、肺泡上皮等皆呈上皮型形态。
3．游走细胞型：此型细胞在支持物上散在生长，一般不连接成片，细胞质经常伸出伪足或突起，呈活跃地游走或变形运动。此型细胞不很稳定．有时亦难和其他型细胞相区别，在一定条件下，如培养基化学性质变动等，它们也可能呈成纤维细胞形态。
4.多形细胞型：有一些组织和细胞，如神经组织的细胞等，难以确定它们规律和稳定的形态，可通归人多形细胞型。
(二)显措丝袖
在一般光学显微镜下直接观察体外培养健康活细胞时，细胞是均质而透明的，结构极不明显。只有用相差显微镜才能看清细胞轮廓和内部结构。培养中细胞一般有1～2个核仁。用固定染色法和特殊技术可显示出细胞器等结构，但在生活时的细胞中却不易观察到。在细如机能状态不良时，细胞轮廓会增强，反差增大。在胞质中时而出现颗粒、脂滴和空泡等，是细胞代谢不良的表现；反差很大的暗色小颗粒是变形的线粒体。
培养细胞形态学上的特征只可以在接种对象明确的情况下，大致表明出细胞的类型。如果要确认培养物细胞的种类，必须借助特异性的鉴别方法加以识别。常用细胞的某种特异性蛋白质或肽的抗体进行免疫细胞化学染色鉴定。
(三)超微结构
透射电镜下，一般看不到培养细胞与体内的细胞形态结构方面的明显差异。培养细胞膜亦分为三层结构，总厚度约7．5nm，由双层类脂分子组成，双层分子间嵌有蛋白质分子。细胞膜向外凸出形成泡状、叶状、丝状和指状突起，长度比较一致，称微绒毛。随细胞类型、正常或异常(肿瘤细胞)，以及处于周期阶段不同，微绒毛的形状和数量均有差别。细胞间存在着一定的间隙，成纤维细胞之间的间隙不恒定，上皮细胞相互之间一般有1.5～15nm的间隙。细胞相互接触部并可见到桥粒(desmcsome)。细胞膜表面常附有由细胞分泌形成的糖蛋白膜，即细胞外衣。在细胞膜下面有一层厚100～500n。m的胞质区，称为膜下皮质层，该层具有中等电子密度，其中常见有直径5～7nm的微丝。微丝在膜下皮质层中分布甚广，它们主要由多聚肌纤蛋白组成。线粒体、内质网、高尔基氏复合体、中心体和溶酶体等多集中在细胞质内，它们的形态结构与体内细胞相似，但常随细胞生长状态不同有很大变化。细胞核超微结构与体内细胞无大差别。永生性细胞系和肿瘤细胞的细胞核一般比较大，染色质比较丰富，核仁大而多。
