Les cellules primaires sont des cellules qui ont été isolées directement à partir d'un tissu ou d'un organe vivant. Il s'agit de cellules différenciées qui imitent l'état physiologique des cellules in vivo et qui sont censées conserver leurs fonctions in vivo dans des conditions optimales pendant une courte période. Les cellules qui peuvent être isolées et cultivées in vitro subissent un nombre limité de divisions cellulaires avant d'entrer en sénescence. Cette durée de vie limitée est l'une des principales limites de l'utilisation des cellules primaires. À l'exception des populations de cellules souches et progénitrices, la majorité des cellules primaires sont des cellules différenciées en phase terminale, d'un type très spécifique et d'un niveau de fonction élevé.

Les modèles de cellules primaires sont bien établis, relativement faciles et bon marché à utiliser, et offrent plusieurs avantages clés par rapport à l'utilisation de coupes de tissus. Le principal avantage de ce modèle est que les cellules primaires conservent des fonctions et des phénotypes proches de ceux des tissus/organes in vivo, et que l'effet des médicaments/toxines peut être étudié sur des cellules primaires isolées au niveau cellulaire.