从细菌到植物、动物及人类，所有生命的基本结构和功能单位都是细胞。一切复杂的、瞬息万变的生命活动都是在细胞内进行。
早在17世纪以前，人们对细胞还一无所知。直到1665年，英国物理学家胡克用他自己制造的显微镜观察软木切片时，发现其中有很类似蜂窝状的“小室”，就称之为细胞。实际上，胡克当时所看到的只是植物细胞死亡后残留下来的壁和空腔。但是，他的发现却具有极其重要的意义，使人们对生物体结构的观察和研究进入了一个新的领域，打开了生物微观世界的大门。
19世纪，显微镜构造的重大改进导致对细胞的认识也有了重大发展。1840年前后，人们已经认识到细胞主要由细胞核和细胞质两部分组成，在核内还有核仁，甚至发现在植物细胞内还含有叶绿体。德国植物学家施莱登和动物学家施旺在认真总结前人积累的知识基础上，又各自对植物细胞和动物细胞进行了深入的研究，并分别于1838年和1839年发表了他们的研究成果，首次提出了著名的细胞学说，即：所有生物体，从简单的单细胞生物到复杂的高等动植物都是由细胞构成的。他们明确地指出了细胞是有机体的结构和功能单位。
细胞学说的建立，不仅有力地批判了“神创论”，并且有助于说明生物界的物种是由低级逐渐进化到高级这一进程，在当时具有划时代的意义，这是当时的科学家对生物界的统一性及其进化观所提出的最有力的唯物主义证据之一。对此，恩格斯曾给予极高的评价，认为细胞学说是19世纪自然科学的三大发现之一。恩格斯写道：“19世纪的第二个发现，是施旺和施莱登的有机细胞，发现它是这样一种单位——一切机体，除最低级的外，都是从它的繁殖和分化中产生和成长起来的。有了这个发现，有机的、有生命的自然产物的研究——比较解剖学、生理学和胚胎学——才获得了巩固的基础。”“机体产生、成长和构造的秘密被揭开了，从前不可理解的奇迹，现在已经表现为一个过程，这个过程是依据一切多细胞的机体本质上所共同的规律进行的。”由此可见，细胞的发现和细胞学说的建立，对人们认识生物界和生物科学在各个方面的研究都起了很大的推动作用。
人们利用显微镜发现细胞这个用肉眼看不见的奇妙世界。第一个给细胞命名的是英国著名科学家罗伯特·胡克。1663年，胡克在显微镜下对软木片进行观察时发现了一个个像蜂窝一样排列的巢房，房子是空的，他把这些小房间称作细胞。其实，胡克看到的并不是活细胞，而是软木组织中死细胞留下的空腔，也即细胞壁。尽管这些先驱者们都看到了细胞，但是由于当时的显微镜技术刚刚发展，他们还只能看到细胞的外观形态，辨别不清细胞内部的结构，因此不可能理解细胞的真正的重要意义。在此后的100多年中，细胞都未能引起人们足够的重视。
列文虎克可以说是所有热爱使用显微镜的人中的先驱。本行是麻布商的列文虎克利用自制的显微镜在业余时间进行实验，且十分狂热。他一生制造了247台显微镜和172个镜头，为荷兰皇家学会装备过一个包括26台显微镜的实验室。他从自己的牙缝中剔出牙垢，放在镜下，呈现在镜下的小动物令他大吃一惊。他对许多荷兰公民吹嘘说：“我的嘴里竟然有这么多动物，而且还在快活地动着。”1683年，列文虎克在给皇家学会的一封信上，还绘出显微镜下看见的动物。医学界称列文虎克为“细菌学之父”，其实他并不很清楚自己到底发现了什么。
1809年，德国的自然哲学家、博物学家奥肯提出了原浆原胞的假说。这可以说是细胞学说的萌芽。奥肯假定，一切生物体中都含有一种原始的黏液状的物体，即原浆。这种原始的黏液状的物体最初是在大海中由无机物质产生的。它的表面逐渐加厚，形成一种球状的小胞，奥肯把这种小胞叫做纤毛虫，也叫原胞。他认为，所有的生命都是由这种纤毛虫的小胞组成的。最简单的生物是由一个小胞组成，这也就是纤毛虫，而动物和植物是纤毛虫的“群体”，不过每个纤毛虫都放弃了自己的独立性，从属于作为一个整体动植物的有机体。尽管这种假说缺乏严格的实验依据，更多是哲学上的推测，但却激发了科学家们去继续寻找组成动植物的“原型”。1824年，法国生物学家迪特罗歇根据他在显微镜下的观察，明确提出，动植物的组织和器官都是由小球，也即细胞构成的。但是他的看法并没有引起人们的重视和承认。
1831年，英国植物学家布朗在观察兰花细胞时发现，细胞中的液体物质并不是均一的，每个兰花细胞中都有一个圆形的核状物，布朗把这些核称作细胞核。之后，捷克生理学家普金叶和他的学生瓦伦丁又观察到了动物细胞中的细胞核，发现了母鸡卵中的胚核。他们提出了皮组织、神经组织、软骨组织都是由细胞组成的，他们把细胞称作小粒，并描述了每个小粒中有一个更小的核。英国植物学家布朗于1831年，在研究施肥对植物的影响时，利用了一台放大倍数约为300倍的显微镜，注意到植物细胞内部还有其他的结构，通过仔细观察，他发现了植物细胞的细胞核，并发现一个植物细胞只有一个细胞核。布朗当时对于细胞核的生物学含义既不重视又不理解，因而也没有进一步研究细胞核的结构和功能。布朗最著名的发现是我们现在所称的“布朗运动”，即悬浮花粉微粒的无规则运动。此外，他在高等植物的繁殖过程以及化石植物研究方面颇有名望。
