从历史的角度来看，我们对干细胞的了解起始于对机体内成体干细胞所产生的大量成熟子细胞的观察。恩斯特·诺伊曼曾在骨髓造血领域提出极具前瞻性的构想，但该设想仍需进行干细胞培养实验来验证。直到60年后，研究人员终于成功解开了这一复杂难题的种种谜团，证明了骨髓中的干细胞具有自我更新、分裂以及产生血液中各种成熟细胞的能力。

1961年，欧内斯特·麦卡洛克（Ernest McCulloch）与詹姆士·提尔（James Till）设计了一系列实验以探究干细胞的功能。他们以较大剂量的X射线处理小鼠以阻止其产生干细胞，随后将外源性骨髓细胞注射到这些小鼠的尾静脉中。一段时间后，可观察到小鼠脾脏中出现了肉眼可辨的结节，且脾脏中的结节数量与所注射的骨髓细胞量成比例关系。麦卡洛克与提尔推测每个结节可能源自一个骨髓细胞，并且很可能是一个干细胞。这种基于动物骨髓干细胞的测量方法在接下来的30年中成为干细胞数量测量的主要方法。20世纪70年代初，迈克·德克斯特（Mike Dexter）提出，如果以间质细胞作为饲养层（骨髓中非血细胞的集群），那么即便在实验室培养瓶中，原始骨髓细胞也可以进行长达数周的培养。

在接下来的数十年中，组织特异性成体干细胞被陆续地鉴定出来。这些干细胞均可以分裂分化形成对应组织中的所有细胞类型。有研究指出，大鼠体内可观察到新生神经元的生长，这表明成年后的大脑中可能存在干细胞。这个有趣的发现与脑细胞终生存活的既往观点完全相反。此后，在成年小鼠、鸣禽以及人类等灵长类动物的大脑中也发现了干细胞的存在。新生神经元细胞（称为神经发生）仅存在于大脑中的两个位置。在实验室条件下，神经干细胞能以漂浮细胞集群（神经球）的形式生长，其中包含大量干细胞。通过改变培养条件，它们可以进一步分化形成神经元（负责处理和传递信息的可兴奋细胞）或神经胶质细胞（为大脑神经元提供营养与保护的细胞）。

其他具有干细胞群的器官需要持续性地，或在特定的发育阶段为机体提供成熟细胞。例如，乳腺干细胞（是青春期发育过程中乳腺细胞的来源）。它们可以从人与小鼠的组织中得以成功分离，并在培养过程中进一步分化形成腔上皮细胞（位于可产乳细胞的内层）与肌上皮细胞（位于外层），而小鼠乳腺干细胞还具有再生为整个器官的能力。从人类鼻腔内壁的黏膜细胞中可以分离获得嗅觉成体干细胞。如同胚胎干细胞一般，嗅觉成体干细胞也可以分化形成多种类型的细胞，并且由于其易于收获（尤其对于老年人而言），因此被认为是潜在的治疗手段。毛囊内含有不同类型的干细胞，它们可以产生神经元（神经细胞）、施万细胞（形成髓鞘的细胞）、肌成纤维细胞（介于成纤维细胞与平滑肌细胞之间的细胞，在伤口愈合过程中发挥着重要作用）、软骨细胞（形成并维持软骨的细胞）以及黑色素细胞（产生黑色素的细胞，可以使你被太阳晒黑）。在人体中，基细胞遍布整个呼吸道表面，约占肺上皮细胞的30%。它们处于相对未分化的状态，可能在这些组织中扮演着类似干细胞的角色。对基细胞生物学特性的进一步了解或可推动其在肺再生治疗中的应用。血管内壁形成内皮细胞的过程主要发生在胚胎发育过程中。最初，人们认为这些细胞来源于早期发育过程中的内皮祖细胞。然而在20世纪90年代，人们在成年小鼠血液中鉴定到了潜在的成体内皮祖细胞。新近研究表明，成体内皮祖细胞在血管的生成过程，尤其是在当不断生长的肿瘤需要生成新的血管时，发挥着重要的作用。如造血干细胞一般，内皮祖细胞在归巢至肿瘤部位之前，可被生长因子募集至血液中。骨髓中这些细胞的破坏可降低肿瘤的生长速度，这是因为当没有血液供应时，任何肿瘤都无法继续生长，其直径甚至无法超过2毫米。