早在20世紀20年代，著名生物學家威爾遜就提出“一切生物學關鍵問題必須在細胞中找尋”。細胞是一切生命活動結構與功能的基本單位，細胞生物學是研究細胞生命活動基本規律的科學。
細胞生物學研究的核心問題可歸結為遺傳和發育。發育是以遺傳為基礎，遺傳要在發育中實現。當前細胞生物學的主要發展趨勢是用分子生物學及物理、化學方法，深入研究真核細胞基因組的結構及其表達的調節和控製，以期從根本上揭示遺傳和發育的關係，以及細胞衰老、死亡和癌變的原因等基本生物問題，並為把遺傳工程技術應用到高等生物，改變其遺傳性提供理論依據。20世紀90年代以來，分子生物學取得很大進展，這些進展促進了細胞結構和功能調控在分子水平上的研究。
目前研究細胞在方法學上的特點是高度綜合性，使用分子遺傳學手段，對新的結構成分、信號或調節因子的基因分離、克隆和測序，經改造和重組後，將基因導入細胞內，再用細胞生物學方法，如激光共聚焦顯微鏡、電鏡、免疫細胞化學和原位雜交等，研究這些基因表達情況或蛋白質在活細胞或離體係統內的作用。分子遺傳學方法和細胞生物學的形態定位方法緊密結合，已成為當代細胞生物學研究方法學上的特點。另一方麵，用分子遺傳學和基因工程方法，如重組DNA技術、PCR、同源重組和轉基因動植物等，對高等生物發育的研究也取得出乎意料的驚人進展。對高等動物發育過程，從卵子發生、成熟、模式形成和形態發生等方麵，在基因水平的研究正全麵展開並取得巨大進展。
自從“人類基因組計劃”實施以來，人類在生物學方麵取得了迅速進展。2000年6月，國際人類基因組計劃發布了“人類基因組工作框架圖”，可稱之為“人類基因草圖”，這個草圖實際上涵蓋了人類基因組97％以上的信息。從“人類基因組工作框架圖”中我們可以知道這部“天書”是怎樣寫的和用什麼符號寫的。2001年2月，包括中國在內的六國科學家發布人類基因組圖譜的“基本信息”，這說明人類現在不僅知道這部“天書”是用什麼符號寫的，而且已經基本讀懂了這部“天書”。其他典型生物的基因組研究有的已經完成，有的正在進行。在對從低等到高等的不同生物門類的基因組、調控基因群，以及發育調控模式比較研究的基礎上，已開始對發育和進化的關係進行探索。在基因和細胞水平，對遺傳、發育和進化關係的探索已展現出樂觀的前景。“後基因組時代”的生物學任務是基因組功能的研究，即對細胞的基因表達譜和蛋白質譜的研究，這些都將從根本上影響未來細胞生物學的發展趨向。正如過去各種生命現象的奧秘都要從細胞的結構和功能活動中尋求解答一樣，目前對細胞的結構和功能，也要從基因組的結構和功能活動中尋求解答。基因、細胞和發育將是貫穿細胞生物學研究的主線。
未來細胞生物學研究的核心問題是真核細胞基因組結構及其功能調控。另一方麵是基因產物如何構建細胞結構，以及如何調節和行使細胞功能。細胞生物學和分子生物學將把這兩方麵的研究結合在一起，構成新世紀細胞生物學研究的主要內容——分子細胞生物學。