Células primárias são células que foram isoladas diretamente de um tecido ou órgão vivo. Elas são células diferenciadas que mimetizam o estado fisiológico das células in vivo e são esperadas para manter suas funções in vivo sob condições ótimas por um curto período de tempo. Células que podem ser isoladas e cultivadas in vitro sofrem um número limitado de divisões celulares antes de entrarem em senescência. Essa vida útil limitada é uma das principais limitações do uso de células primárias. Com exceção das populações de células-tronco e progenitoras, a maioria das células primárias são células diferenciadas terminais de um tipo muito específico e alto nível de função.

Modelos de células primárias estão bem estabelecidos, são relativamente fáceis e baratos de usar, e oferecem várias vantagens chave sobre o uso de seções de tecido. A principal vantagem deste modelo é que as células primárias retêm funções e fenótipos próximos aos dos tecidos/órgãos in vivo, e o efeito de fármacos/toxinas pode ser estudado em células primárias isoladas no nível celular.