Le cellule primarie sono cellule che sono state isolate direttamente da un tessuto o organo vivente. Sono cellule differenziate che mimano lo stato fisiologico delle cellule in vivo e sono previste per mantenere le loro funzioni in vivo sotto condizioni ottimali per un breve periodo di tempo. Le cellule che possono essere isolate e coltivate in vitro subiscono un numero limitato di divisioni cellulari prima di entrare in senescenza. Questa vita limitata è una delle principali limitazioni dell'uso di cellule primarie. Con l'eccezione delle popolazioni di cellule staminali e progenitrici, la maggior parte delle cellule primarie sono cellule differenziate terminalmente di un tipo molto specifico e alto livello di funzione.

I modelli di cellule primarie sono ben consolidati, relativamente facili e poco costosi da usare, e offrono diversi vantaggi chiave rispetto all'uso di sezioni di tessuto. Il principale vantaggio di questo modello è che le cellule primarie mantengono funzioni e fenotipi vicini a quelli dei tessuti/organi in vivo, e l'effetto di farmaci/tossine può essere studiato su cellule primarie isolate a livello cellulare.