前述几种方法都是取人体或在体（in vivo）实验动物的组织，经固定等处理后，对已死亡的组织进行观察研究的。组织培养(tissue culture)或称体外实验（in vitro）则是取活组织或活细胞在体外适宜的环境中培养成活，进行实验研究。细胞在体外生存必须具有近似体内的生存条件，如充足营养供应，合理的O2与CO2比例，必要的电解质和适宜的渗透压，pH值、温度和湿度等，还需防止微生物污染。组织培养的特点在于可用研究各种理化因子（温度、激素、药物、毒物等）对活细胞的直接影响，并能观察记录（摄影、录像）。组织培养与前述方法结合应用，可研究某种因素对细胞增殖、分化、代谢、运动、吞噬、分泌等影响和调节的动态过程，以及细胞病变、癌变和逆转等机理，获得在体实验难达到的研究目的。
组织培养用液为平衡盐水及血清（小牛血清、胎盘血清等），羊水、腹水、组织浸出液等天然培养基(natural medium)。天然培养基成分复杂，且不稳定。目前广泛应用人工合成培养基（synthetic medium）现有多种商品供应，使用方便，但常仍需补充部分血清等。若仅用合成培养基和已制备好的几种必须因子与激素，称此为无血清培养基（serum-free medium），其成分和含量均是已知的，可精细研究某种因子对细胞的生物效应。
组织培养的方法甚多，常用容器有凹玻片、培养皿、培养瓶、培养板、流动小室等。取组织块贴于瓶底进行培养，可观察从组织块生长迁移出的细胞。取胚胎某器官原基或器官的一部分进行培养，称器官培养（organ culture）。更精细的方法是分离和纯化组织中的某种细胞，使之贴附在瓶底形成单层细胞（图1－18），称此为细胞培养（cell culture）。首次培养的细胞，称原代培养（primary cultrue；细胞增殖而密集再传代培养，称传代培养（subculture）。经长期培养而成的细胞群体，称细胞系（cell line）；用细胞克隆（cell clone）或单细胞培养而建成的某种纯细胞群体，称细胞株（cell strain）。它们均可在液氮内长期冻存，供随时应用。现已建成多种肿瘤细胞株，广泛用于实验研究。
图1－18 体外培养的上皮细胞在相差显微镜下的图像（北京肿瘤研究所鄂征教授供图）
