在生物學中，細胞外基質（ECM）是由細胞外大分子和礦物質（如膠原蛋白、酶、糖蛋白和羥基磷灰石）組成的三維網絡，為周圍細胞提供結構和生化支持。因為多細胞在不同的多細胞譜系中獨立進化，細胞外基質的組成因多細胞結構而異；然而，細胞粘附、細胞間通訊和分化是ECM的常見功能。

動物細胞外基質包括間質基質和基底膜。間質基質存在于各種動物細胞之間（即，在細胞間隙中）。多糖和纖維蛋白的凝膠填充間隙空間，并作為對ECM施加壓力的壓縮緩沖。基底膜是ECM的片狀沉積物，各種上皮細胞位于其上。動物的每種結締組織都有一種ECM：膠原纖維和骨礦物質構成骨組織的ECM；網狀纖維和地面物質包括的ECM疏松結締組織;和血漿是的ECM血液。

由于其多樣化的性質和組成，細胞外基質可以提供許多功能，例如提供支持、將組織彼此隔離和調節細胞間通訊。細胞外基質調節細胞的動態行為。此外，它還隔離了廣泛的細胞生長因子，并作為它們的本地儲存庫。生理條件的變化可觸發蛋白酶活性，導致此類儲存的局部釋放。這允許快速和局部生長因子介導的細胞功能激活，而無需從頭合成。

細胞外基質的形成對于生長、傷口愈合和纖維化等過程至關重要。細胞外基質的結構和組成的理解也有助于理解的復雜動態腫瘤侵襲和轉移中癌癥生物學作為轉移通常涉及細胞外基質的由酶如破壞絲氨酸蛋白酶，蘇氨酸蛋白酶和基質金屬蛋白酶。

ECM的剛度和彈性對細胞遷移、基因表達和分化具有重要意義。細胞主動感知ECM剛性，并在稱為durotaxis的現象中優先向更硬的表面遷移。他們還檢測彈性并相應地調整它們的基因表達，由于其對分化和癌癥進展的影響，這越來越成為研究的主題。

在大腦中，乙酰透明質酸是ECM的主要成分，基質顯示結構和信號特性。高分子量乙酰透明質酸作為擴散屏障，可以局部調節細胞外空間的擴散。基質降解后，透明質酸片段被釋放到細胞外空間，在那里它們作為促炎分子發揮作用，協調免疫細胞（如小膠質細胞）的反應。

許多細胞與細胞外基質的成分結合。細胞粘附可以通過兩種方式發生；通過粘著斑，將ECM連接到細胞的肌動蛋白絲，以及半橋粒，將ECM連接到中間絲，如角蛋白。這種細胞與ECM的粘附受稱為整合素的特定細胞表面細胞粘附分子(CAM)的調節。整聯蛋白是細胞表面蛋白，可將細胞與ECM結構（如纖連蛋白和層粘連蛋白）以及其他細胞表面的整聯蛋白結合。

纖連蛋白與ECM大分子結合并促進它們與跨膜整聯蛋白的結合。纖連蛋白與細胞外結構域的連接啟動了細胞內信號通路以及通過一組接頭分子（如肌動蛋白）與細胞骨架的關聯。

已發現細胞外基質可引起組織再生和愈合。盡管細胞外基質促進組織建設性重塑的作用機制尚不清楚，但研究人員現在認為基質結合的納米囊泡(MBV)是愈合過程中的關鍵參與者。例如，在人類胎兒中，細胞外基質與干細胞一起生長和再生人體的所有部位，胎兒可以再生任何在子宮內受損的東西。長期以來，科學家們一直認為矩陣在完全發育后停止運作。它過去曾被用來幫助馬治愈撕裂的韌帶，但它正在進一步研究作為人類組織再生的裝置。

在損傷修復和組織工程方面，細胞外基質有兩個主要用途。首先，它可以防止免疫系統從損傷中觸發并以炎癥和疤痕組織作出反應。接下來，它促進周圍細胞修復組織而不是形成疤痕組織。

對于醫療應用，所需的ECM通常從豬膀胱中提取，這是一種易于獲取且相對未使用的來源。目前，它經常被用來通過關閉胃部組織中的孔來治療潰瘍，但許多大學和美國政府目前正在對傷兵應用進行進一步研究。

并非所有細胞外基質設備都來自膀胱。來自豬小腸粘膜下層的細胞外基質被用于修復“房間隔缺損”（ASD）、“卵圓孔未閉”（PFO）和腹股溝疝。一年后，這些貼片中95%的膠原蛋白ECM被心臟的正常軟組織取代。

細胞外基質蛋白通常用于細胞培養系統，以在細胞培養過程中將干細胞和前體細胞維持在未分化狀態，并在體外發揮誘導上皮細胞、內皮細胞和平滑肌細胞分化的作用。細胞外基質蛋白也可用于支持體外3D細胞培養以模擬腫瘤發展。

一類通過處理人類或動物組織以保留部分細胞外基質而獲得的生物材料稱為細胞外基質生物材料。