细胞生物学是对细胞的结构、功能和行为的研究。所有生物体均由细胞组成，大致可分为原核生物（细菌和古细菌）和真核生物（原生生物、真菌、植物和动物）。

原核细胞结构

类核是细胞质内的一个区域，含有由拓扑异构酶超螺旋的单个环状染色体 (dsDNA)；与真核生物不同，它没有核膜。核糖体是由rRNA和蛋白质组成的70S（50S + 30S亚基），负责蛋白质合成，其70S大小使其与真核80S核糖体区别开来。细胞质膜是嵌入蛋白质的磷脂双层，具有选择性渗透屏障、电子传输和 ATP 合成位点（氧化磷酸化）和分泌装置的功能。细胞壁是肽聚糖层（革兰氏阳性或革兰氏阴性），可维持细胞形状并抵抗渗透压。鞭毛通过旋转电机提供运动性，而菌毛（菌毛）介导对表面和其他细胞的粘附。

真核细胞结构

质膜是一个磷脂双层，含有胆固醇（原核生物中不存在），内含用于运输、信号传导和细胞间识别的嵌入蛋白质；流体镶嵌模型描述了其动态特性。细胞核被双核膜（包膜）包围，其核孔调节分子运输，并含有染色质（DNA + 组蛋白）、核仁（rRNA 合成）和核质。

内膜系统

内质网以两种形式存在：用于蛋白质合成和折叠的粗糙内质网（布满核糖体）和用于脂质合成、碳水化合物代谢和钙储存的光滑内质网。高尔基体是一堆扁平的池，它修饰、分类和包装蛋白质以进行分泌（组成性或调节性）或输送到其他细胞器。溶酶体是膜结合的囊泡，含有水解酶（酸性水解酶，最佳 pH ~5），可通过自噬降解大分子、病原体和受损细胞器。

产生能量的细胞器

线粒体是双膜细胞器，内膜折叠成嵴；它们是氧化磷酸化的位点，通过电子传递链和化学渗透耦合产生 ATP。它们含有自己的环状 DNA (mtDNA) 和 70S 核糖体，这是它们内共生起源的证据。叶绿体（藻类和植物中）也是双膜细胞器，具有用于光合作用的类囊体堆叠（基粒），并含有自己的 DNA 和核糖体。

细胞骨架

微丝（肌动蛋白）直径为 7 nm，由 ATP-肌动蛋白单体聚合而成，参与细胞运动、胞质分裂和维持细胞形状。微管是由 α/β-微管蛋白二聚体组成的直径 25 nm 的中空管，形成有丝分裂纺锤体、纤毛和鞭毛（9+2 排列），并作为通过驱动蛋白和动力蛋白马达进行细胞内运输的轨道。中间丝直径为 10 nm，包含多种蛋白质（角蛋白、波形蛋白、核纤层蛋白），提供机械强度和核结构支持。

细胞分裂

有丝分裂是产生两个基因相同的子细胞（前期、中期、后期、末期）的核分裂，用于生长和组织修复。减数分裂涉及两轮分裂（减数分裂 I 和 II），产生四个不相同的单倍体配子，这些配子具有来自交叉和独立分类的遗传变异。细胞分裂是细胞质的分裂，由动物细胞中的肌动蛋白-肌球蛋白收缩环或植物细胞中的细胞板完成。