Las células primarias son células que se han aislado directamente de un tejido u órgano vivo. Son células diferenciadas que imitan el estado fisiológico de las células in vivo y se espera que mantengan sus funciones in vivo bajo condiciones óptimas durante un corto período de tiempo. Las células que se pueden aislar y cultivar en vitro pasan por un número limitado de divisiones celulares antes de entrar en senescencia. Esta vida útil limitada es una de las principales limitaciones del uso de células primarias. Con la excepción de las poblaciones de células madre y progenitoras, la mayoría de las células primarias son células terminalmente diferenciadas de un tipo muy específico y con un alto nivel de función.

Los modelos de células primarias están bien establecidos, son relativamente fáciles y baratos de usar, y ofrecen varias ventajas clave sobre el uso de secciones de tejido. La principal ventaja de este modelo es que las células primarias conservan funciones y fenotipos cercanos a los de los tejidos/órganos in vivo, y el efecto de los fármacos/toxinas se puede estudiar en células primarias aisladas a nivel celular.