Plusieurs types de cellules souches sont à distinguer selon le nombre de types cellulaires différents qu’elles sont capables de générer :
Les cellules souches totipotentes peuvent se différencier en tous les types cellulaires, embryonnaires et extra-embryonnaires et peuvent donner à elles seules un organisme vivant en entier lorsqu’elles sont ré-implantées chez une mère porteuse. Les cellules de l’embryon du stade zygote au stade 8 cellules sont totipotentes.
Les cellules pluripotentes sont les cellules filles des cellules totipotentes ; les cellules souches de la masse interne de l’embryon au stade blastocyste 40 sont pluripotentes ; elles ont déjà subi une première étape de différenciation, puisque les cellules de la masse interne se sont différenciées des cellules du trophectoderme ; elles peuvent générer les cellules des trois lignées germinales, endodermique, mésodermique, et ectodermique mais ne peuvent plus générer les cellules du trophectoderme à l’origine des cellules des annexes embryonnaires ; elles ont donc la capacité de donner un organisme en entier mais ne peuvent fournir l’environnement propice à son développement, les annexes embryonnaires.
Les cellules souches multipotentes peuvent donner différents types de cellules mais uniquement celles issues d’une lignée cellulaire, ectoderme, mésoderme, ou endoderme ; elles sont dites déterminées. Elles sont présentes chez l’embryon et chez l’adulte.