理论基石
细胞学说：一切生命的起点
1838 年施莱登提出植物由细胞构成，1839 年施旺将其推广到动物界，1858 年魏尔肖补充"细胞通过分裂产生新细胞"。三次修正共同确立了：细胞是生命活动的基本单位；生物体的一切生命活动都在细胞内进行；新细胞由原有细胞分裂产生。细胞学说是现代生物学的两大支柱之一（另一支柱是演化论），它把解剖学从器官层面推进到细胞层面，让"生命"第一次有了可操作的物理单位。
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1838 年施莱登提出植物由细胞构成，1839 年施旺将其推广到动物界，1858 年魏尔肖补充"细胞通过分裂产生新细胞"。三次修正共同确立了：细胞是生命活动的基本单位；生物体的一切生命活动都在细胞内进行；新细胞由原有细胞分裂产生。细胞学说是现代生物学的两大支柱之一（另一支柱是演化论），它把解剖学从器官层面推进到细胞层面，让"生命"第一次有了可操作的物理单位。
1972 年辛格与尼森森提出流动镶嵌模型：磷脂双分子层构成骨架，亲水头朝外、疏水尾朝内；蛋白质像镶嵌在流体脂质海中的岛屿，可侧向移动；糖链多在细胞膜外侧构成糖被，参与细胞识别与免疫。膜的流动性使细胞能够吞噬、分泌、变形；选择透过性则让细胞精确调控物质进出，是维持内环境稳态的前提。
线粒体（双膜、环形 DNA、氧化磷酸化产 ATP）、叶绿体（光合作用）、内质网（蛋白质合成与脂质合成）、高尔基体（分选与包装）、溶酶体（细胞内消化）、过氧化物酶体（解毒与代谢）、核糖体（蛋白质合成机器）、中心体（纺锤体组织）。线粒体与叶绿体各自拥有独立环状 DNA，且具有二分裂能力——这正是内共生学说的两大证据。
微管（由微管蛋白组成，构成纺锤体、纤毛、鞭毛和胞内运输轨道）、微丝（肌动蛋白，支撑细胞形态、参与肌肉收缩与胞质分裂环）、中间纤维（提供抗拉强度，上皮细胞角蛋白是病理诊断的常见标志）。骨架是动态结构：微管在有丝分裂期迅速组装与解聚，微丝驱动细胞爬行与吞噬。纤毛与鞭毛共用 9+2 排列的微管结构，支撑细胞运动或精子游动。
间期（G1 期生长、S 期 DNA 复制、G2 期准备）→ M 期（前、中、后、末期）。细胞周期蛋白与 CDK 组成开关网络，细胞通过检查点（restriction point、纺锤体组装检查点）决定是否进入下一阶段。人类细胞约 24 小时完成一轮，胚胎干细胞可缩短到数小时。失控的周期调控是癌症的共同特征。
细胞凋亡（apoptosis）是受基因调控的主动过程：细胞皱缩、染色质凝集、形成凋亡小体、被巨噬细胞吞噬，全程不引起炎症。发育过程中指（趾）间细胞的凋亡塑造了手型，蝌蚪尾巴消失同理。细胞坏死（necrosis）则是被动损伤，细胞内容物外溢引发炎症，与缺血性损伤、毒物作用相关。
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病毒没有独立的代谢与蛋白合成系统，必须寄生在宿主细胞内才能完成复制，因此通常不被归为独立的生命形式。
细胞壁是植物、真菌与部分原核生物的特征。动物细胞没有细胞壁，依靠细胞膜与细胞骨架维持形态。
线粒体拥有独立的环状 DNA，编码部分自身蛋白，并在细胞凋亡、钙信号调控中扮演核心角色。
细胞的代谢调控是一个分布式网络。线粒体、叶绿体、细胞骨架都参与决策，细胞核只是重要节点之一。
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