以後威爾遜1927年在他的《細胞——在發育和遺傳中》的巨著中明確指出：細胞是生命活動的基本單位，發育和遺傳這些生命現象應當在細胞上研究。1934年，美國遺傳學家和胚胎學家摩爾根在遺傳學取得巨大成就之後，在企圖融合發育與遺傳的《胚胎學與遺傳學》一書中就曾設想通過細胞將胚胎各部分發育和進化的統一起來。
但在摩爾根的年代，由於細胞學和其他相鄰學科還未發生密切的聯係，或者說其他學科尚未能在細胞水平上開展關於發育和遺傳的研究，所以細胞生物學隻能在20世紀50年代之後，各方麵的條件逐漸成熟了，才得以蓬勃發展。
細胞生物學的基本內容：
細胞生物學與其說是一個學科，倒不如說它是一個領域。這可以從兩個方麵來理解：一是它的核心問題的性質——把發育與遺傳在細胞水平結合起來，這就不局限於一個學科的範圍。二是它和許多學科都有交叉，甚至界限難分。
例如，就研究材料而言，單細胞的原生動物既是最簡單的動物，也是最複雜的細胞，因為它們集許多功能於一身。但是這類研究也可以列入原生動物學的範疇。其次，就研究的問題而言，免疫性是細胞的重要功能之一，細胞免疫應屬細胞生物學的範疇，但這也是免疫學的基本問題。
由於廣泛的學科交叉，細胞生物學雖然範圍廣闊，卻不能像有些學科那樣再劃分一些分支學科。如果要把它的內容再適當地劃分，可以首先分為兩個方麵：一是研究細胞的各種組分的結構和功能，這應是進一步研究的基礎，例如基因組和基因表達、染色質和染色體、各種細胞器、細胞的表麵膜和膜係、細胞骨架、細胞外間質等等；其次是根據研究細胞的哪些生命活動劃分，例如細胞分裂、生長、運動、興奮性、分化、衰老與病變等，研究細胞在這些過程中的變化，產生這些過程的機製等。
當然這僅是人為地劃分，這些方麵都不是各自孤立的，而是相互有關連的，一定要把細胞作為一個整體看待，一定要把生命過程和細胞組分的結構和功能聯係起來。
繽紛耀眼的腎結石既然細胞生物學的主要任務是把發育和遺傳聯係起來，細胞分化這個問題的重要性就不言而喻。因為就整個有機體而言，遺傳特點不僅顯示在長成的個體，而是在整個生命過程不斷地顯示出來。而細胞的分化也就是顯示遺傳特征的過程。
一個經常被引用的例子是紅細胞中血紅素的轉換。人類胚胎早期的紅細胞中首先出現胚期血紅素，後來逐漸被胎兒期血紅素所代替，胎兒三個月之後，後者又被成體型血紅素所代替。關於這些血紅素已經有很多研究例如它們各自由那些肚鏈組成，這些肚鏈在個體發育中交互出現的情況，它們各自的氨基酸組成和排列順序，各個肽鏈的基因位點，以至基因的結構都已比較清楚，工作可以說是相當深入了。
但是，追根到底有些問題依然沒有得到明確的解答，甚至沒有解答——這也適用於關於其他細胞的終末分化的研究。
實現了終末分化的細胞，已經失去了轉變為其他細胞類型的潛能，隻能向一個方麵分化。例如紅細胞，雖然發生血紅素的轉換，但不能轉變為其他類型的正常細胞，與胚胎細胞相比，它們的情況要簡單些，因為胚胎細胞在尚未獲得決定的時候是具有廣泛潛能的。拿中胚層細胞來說，它們既可以分化為肌細胞，也可以分化為前腎細胞、血細胞、間質細胞等。
細胞生物學的研究往往樂於使用培養的細胞，它的優點是可以提供足夠量的細胞做生化分析，並且隻有一種細胞，材料比較單一，分析結果方便。但是對於某些方麵的研究則有不足之處，因為細胞在任何一個有機體裏都是處於一個社會之中，和別的細胞不同程度地混雜在一起，在其生命活動中不可能不受到相鄰的其他細胞的影響，甚至是相鄰的同類細胞的影響，其處境要比培養的細胞複雜得多。因此為了研究在一個細胞群中細胞與細胞間的相互關係，細胞社會學被提了出來。