細胞的生長需要一定的營養環境，用于維持細胞生長的營養基質稱為培養基，即指所有用于各種目的的體外培養、保存細胞用的物質，就其本意上講為人工模擬體內生長的營養環境，使細胞在此環境中有生長和繁殖的能力。它是提供細胞營養和促進細胞生長增殖的物質基礎。細胞培養基其組成成分主要有：水、氨基酸、維生素、碳水化合物、無機離子及其他一些入核酸降解物、激素等。體外培養的細胞直接生活在培養基中，因此培養基應能滿足細胞對營養成分、促生長因子、激素、滲透壓、pH等諸多方面的要求。
1、營養成分
維持細胞生長的營養條件一般包括以下幾個方面：
1）氨基酸：
是細胞合成蛋白質的原料。所有細胞都需要12種必須氨基酸：纈氨酸、亮、異亮、蘇、賴、色、苯丙、蛋、組、酪、精氨酸、胱氨酸。此外還需要谷氨酰胺，它在細胞代謝過程中有重要作用，所含的氮是核酸中嘌令和嘧啶合成的來源，同樣也是合成三、二、一磷酸酰苷所需要的基本物質。
體外培養的各種培養基內都含有必需氨基酸。
2）單糖：
培養中的細胞可以進行有氧與無氧酵解，六碳糖是主要能源。此外六碳糖也是合成某些氨基酸、脂肪、核酸的原料。細胞對葡萄糖的吸收能力，半乳糖。
體外培養動物細胞時，幾乎所有的培養基或培養液中都以葡萄糖作為必含的能源物質。
3）維生素：
主要扮演輔酶、輔基的角色，*。生物素、葉酸、煙酰胺、泛酸、吡哆醇、核黃素、硫胺素、維生素B12都是培養基常有的成分。
4）無機離子與微量元素：
細胞生長除需要鈉、鉀、鈣、鎂、氮和磷等基本元素，還需要微量元素，如鐵、鋅、硒、銅、錳、鉬、釩等。
2、促生長因子及激素
各種激素、生長因子對于維持細胞的功能、保持細胞的狀態（分化或未分化）具有十分重要的作用。有些激素對許多細胞生長有促生長作用，如胰島素，它能促進細胞利用葡萄糖和氨基酸。有些激素對某一類細胞有明顯促進作用，如可促進表皮細胞的生長，泌乳素有促進乳腺上皮細胞生長作用等。
3、滲透壓
細胞必須生活在等滲環境中，大多數培養細胞對滲透壓有一定耐受性。人血漿滲透壓290mOsm/kg, 可視為培養人體細胞的理想滲透壓。鼠細胞滲透壓在320mOsm/kg左右。對于大多數哺乳動物細胞，滲透壓在260－320mOsm/kg的范圍都適宜。
4、無毒、無污染
體外生長的細胞對微生物及一些有害有毒物質沒有抵抗能力，因此培養基應達到無化學物質污染、無微生物污染（如細菌、真菌、支原體、病毒等）、無其他對細胞產生損傷作用的生物活性物質污染（如抗體、補體）。對于天然培養基，污染主要來源于取材過程及生物材料本身，應當嚴格選材，嚴格操作。對于合成培養基，污染主要來源于配制過程，配制所用的水，器皿應十分潔凈，配制后應嚴格過濾除菌。
5、pH
氣體也是細胞生存的必需條件之一，所需氣體豐要是氧和二氧化碳。氧參與三羧酸循環，產生能量供給細胞生長、增殖和合成各種成分。一些細胞在缺氧情況下，借糖酵解也可獲取能量，但多數細胞缺氧不能生存。在開放培養時，一般置細胞于95％空氣加5％二氧化碳的混合氣體環境中培養。二氧化碳既是細胞代謝產物，也是細胞所需成分，它主要與維持培養基的pH有直接關系。動物細胞大多數需要輕微的堿性條件，pH值約在7．2~7．4℃在細胞生長過程中，隨細胞數量的增多和代謝活動的加強，二氧化碳不斷被釋放，培養液變酸，PH值發生變化。由于NaHCO3容易分解為二氧化碳，很不穩定，致使緩沖系統難以地控制。故這一緩沖系統適合密閉培養。HEPES結合碳酸氫鈉使用，可提供更有效的緩沖體系，主要是防止pH值迅速變動，但大缺點是在開放培養或觀察時難以維持正常的pH值。造成pH波動主要是代謝產生的CO2，在封閉式培養過程中CO2與水結合產生碳酸，培養基pH很快下降。為解決這一問題，合成培養基中使用了NaHCO3-CO2緩沖系統，并采用開放培養，使細胞代謝產生的CO2及時溢出培養瓶，再通過穩定調節溫箱中CO2濃度（5％），與培養基中的NaHCO3處于平衡狀態。
