Las células primarias son células que han sido aisladas directamente de un tejido u órgano vivo. Son células diferenciadas que imitan el estado fisiológico de las células in vivo y se espera que mantengan sus funciones in vivo bajo condiciones óptimas durante un corto período de tiempo. Las células que pueden aislarse y cultivarse in vitro sufren un número limitado de divisiones celulares antes de entrar en senescencia. Esta vida útil limitada es una de las principales limitaciones del uso de células primarias. Con la excepción de las poblaciones de células madre y progenitoras, la mayoría de las células primarias son células diferenciadas terminalmente de un tipo muy específico y alto nivel de función.

Los modelos de células primarias están bien establecidos, son relativamente fáciles y económicos de usar, y ofrecen varias ventajas clave sobre el uso de secciones de tejido. La principal ventaja de este modelo es que las células primarias retienen funciones y fenotipos cercanos a los de los tejidos/órganos in vivo, y el efecto de fármacos/tóxicos puede estudiarse en células primarias aisladas a nivel celular.