細胞生物學是對細胞中發生的使其保持活力的活動的生物學研究。 生理學一詞是指生物體的正常功能。 動物細胞、植物細胞和微生物細胞盡管結構不同，但在功能上表現出相似性。

有兩種類型的細胞：原核生物和真核生物。

原核生物是兩者中最先發育的，沒有獨立的細胞核。 它們的機制比后來進化的真核生物更簡單，真核生物包含一個包裹著細胞 DNA 和一些細胞器的細胞核。

原核生物的 DNA 位于稱為類核的區域，該區域未通過膜與細胞的其他部分隔開。 原核生物有兩個域：細菌和古細菌。 原核生物的細胞器比真核生物少。 兩者都有質膜和核糖體（合成蛋白質并在細胞質中自由漂浮的結構）。 原核生物的兩個獨特特征是菌毛（細胞表面的指狀突起）和鞭毛（有助于運動的線狀結構）。

真核生物有一個包含 DNA 的細胞核。 它們通常比原核生物大并且含有更多的細胞器。 細胞核是真核生物區別于原核生物的特征，它包含核膜、核仁和染色質。 在細胞質中，內質網 (ER) 合成膜并執行其他代謝活動。 有兩種類型，粗糙的 ER（含有核糖體）和光滑的 ER（缺少核糖體）。 高爾基體由多個膜囊組成，負責制造和運送蛋白質等物質。 溶酶體是使用酶通過吞噬作用分解物質的結構，吞噬作用包括胞吞作用和胞吐作用。 在線粒體中，發生細胞呼吸等代謝過程。 細胞骨架由支撐細胞結構并幫助細胞移動的纖維構成。

細胞可以通過不同的方式跨細胞膜運輸物質。 兩種主要途徑是被動運輸和主動運輸。 被動運輸更直接，不需要使用細胞的能量。 它依賴于保持從高到低濃度梯度的區域。 主動運輸使用三磷酸腺苷 (ATP) 來運輸逆其濃度梯度移動的物質。

蛋白質在細胞中移動的途徑始于 ER。 脂質和蛋白質在 ER 中合成，并添加碳水化合物以制造糖蛋白。 糖蛋白在高爾基體中進一步合成，成為糖脂。 糖蛋白和糖脂都被轉運到囊泡中到達質膜。 細胞釋放稱為胞吐作用的分泌蛋白。

離子通過通道、泵或轉運器穿過細胞膜。 在通道中，它們沿著電化學梯度向下移動以產生電信號。 泵保持電化學梯度。 泵的主要類型是 Na/K 泵。 它將 3 個鈉離子移出細胞，將 2 個鉀離子移入細胞。 該過程將一個 ATP 分子轉化為二磷酸腺苷 (ADP) 和磷酸鹽。 在轉運蛋白中，離子使用多個梯度來產生電信號。

內吞作用是一種主動運輸形式，細胞利用質膜吸收分子，并將它們包裝到囊泡中。

在吞噬作用中，細胞通過位于質膜上的偽足的延伸包圍包括食物顆粒在內的顆粒。 偽足然后將顆粒包裝在食物液泡中。 含有水解酶的溶酶體隨后與食物液泡融合。 水解酶，也稱為消化酶，然后消化食物液泡內的顆粒。

在胞飲作用中，細胞將細胞外液吸入（吞咽）到囊泡中，囊泡是在質膜包圍液體時形成的。 細胞可以通過這個過程吸收任何分子或溶質。

受體介導的內吞作用是胞飲作用的一種形式，其中細胞吸收特定分子或溶質。 具有受體位點的蛋白質位于質膜上，與特定的溶質結合。 附著在特定溶質上的受體蛋白進入包被的凹坑內，形成囊泡。 然后囊泡包圍附著在特定溶質上的受體，釋放它們的分子。 受體蛋白通過同一個囊泡再循環回到質膜。