Tế bào gốc toàn năng (totipotent stem cells) như hợp tử, chúng có thể phân chia và biệt hóa thành tất cả các tế bào của cơ thể và biệt hóa cho phôi tạo thành cơ thể hoàn chỉnh.

Tế bào gốc vạn năng (pluripotent stem cells) như tế bào gốc phôi (Embryonic stem cells-ESCs) là những tế bào được lấy từ khối tế bào bên trong (inner cell mass-ICM) của phôi nang (blastocyst). Loại tế bào này có khả năng biệt hóa ít hơn một chút, tức là vẫn biệt hóa cho tất cả tế bào cơ thể trừ tế bào phôi.

Hiện nay, chúng ta đã tìm ra thêm tế bào gốc vạn năng cảm ứng (induced pluripotent stem cells-iPSCs) cũng được xếp vào loại này.

Tế bào gốc đa năng (multipotent/oligopotent stem cells) như tế bào gốc tạo máu (Hematopoietic stem cells-HSCs), tế bào gốc trung mô (Mesenchymal stem cells-MSCs). Đây là các tế bào gốc có mức biệt hóa thấp hơn nữa, tức là vẫn biệt hóa được cho nhiều loại tế bào nhưng phải có quan hệ mật thiết.

Tế bào gốc đơn năng (monopotent/unipotent stem cells) như cơ chất dưỡng bào (Mast cell precursor), khả năng biệt hóa của loại tế bào này chỉ riêng cho một loại tế bào.

Tế bào gốc có thể được phân loại theo một cách khác là dựa vào nguồn thu nhận.

Tế bào gốc phôi (Embryonic stem cells-ESCs) dùng cho các tế bào gốc được lấy từ phôi ở giai đoạn phôi nang (blastocyst).

Tế bào gốc nhũ nhi hay tế bào gốc thai (Foetal stem cells) dùng cho tế bào gốc được thu nhận từ các thai nhi bỏ hay các phần phụ sau sinh, chẳng hạn máu dây rốn, dây rốn, nước ối, nhau thai.

Tế bào gốc trưởng thành (Adult stem cells/Somatic stem cells) là các tế bào gốc được lấy từ các vị trí trên cơ thể trưởng thành. Điển hình cho loại này là tế bào gốc trung mô (Mesenchymal stem cells-MSCs) và tế bào gốc tạo máu (Hematopoietic stem cells-HSCs).

Tuy có nhiều cách phân loại nhưng các nhà khoa học thường dùng hai cách trên nhiều nhất. Mặt khác, mỗi tác giả đều quy ước tên gọi tế bào gốc mà mình nghiên cứu trong từng bài báo để đảm bào thống nhất và dễ hiểu.