La cellula staminale embrionale è un tipo di cellula, caratteristica dello sviluppo dell'embrione di una settimana. Essa è ancora non differenziata, e quindi ancora dotata della potenzialità di dare origine a ogni tipo istologico presente nell'organismo di cui fa parte. Questa caratteristica viene espressa in termini di pluripotenza. La differenza tra una cellula staminale totipotente ed una pluripotente, è che la prima può dare origine a tutte le linee cellulari con un processo mitotico e anche ai tessuti extraembrionali, mentre la seconda con un processo meiotico può differenziarsi nei tre foglietti embrionali (ectoderma, mesoderma ed endoderma) senza però coinvolgere i tessuti extraembrionali.
Le uniche cellule staminali totipotenti sono i blastomeri, derivanti dalle prime divisioni dello zigote (i blastomeri sono totipotenti solo prima dell’attivazione del genoma embrionale, subito dopo sono pluripotenti). I blastomeri, tuttavia, non possono essere definiti staminali a tutti gli effetti in quanto una delle principali caratteristiche delle cellule staminali è l'autorinnovamento, ossia la capacità di generare, mediante divisione asimmetrica, una cellula staminale ed una cellula che andrà incontro a differenziamento.
Lo zigote, ovvero la prima cellula che darà origine all'embrione e alle strutture per il suo sviluppo, può essere considerata la prima cellula staminale embrionale. Le cellule staminali embrionali sono usate per vari scopi in biologia; uno di questi è la realizzazione di organismi geneticamente modificati, importantissimi soprattutto in ambito medico, per la comprensione di molte patologie di origine genetica. L'alta capacità di proliferazione, anche mediante la coltivazione in vitro e la possibilità di dare origine a qualsiasi tessuto o organo rende le cellule staminali embrionali particolarmente adatte all'uso terapeutico.
Nell'agosto 2022, Nature pubblica la prima ricerca dalla quale risulta la produzione di un embrione di topo sintetico a partire da una combinazione di cellule staminali embrionali che, facendo dialogare le cellule tra loro, hanno dato luogo a uno sviluppo di 8.5 giorni e alla formazione di vari organi ("alcune regioni del cervello, il tubo neurale che dà origine al sistema nervoso, una struttura simile a un cuore in grado di battere e un'altra simile all'intestino").[1]