As células primárias são células que foram isoladas diretamente de um tecido ou órgão vivo. São células diferenciadas que imitam o estado fisiológico das células in vivo e espera-se que mantenham suas funções in vivo sob condições ótimas por um curto período de tempo. As células que podem ser isoladas e cultivadas em vitro passam por um número limitado de divisões celulares antes de entrarem em senescência. Esta vida útil limitada é uma das principais limitações do uso de células primárias. Com exceção das populações de células-tronco e progenitoras, a maioria das células primárias são células terminalmente diferenciadas de um tipo muito específico e com alto nível de função.

Os modelos de células primárias são bem estabelecidos, relativamente fáceis e baratos de usar, e oferecem várias vantagens importantes sobre o uso de seções de tecido. A principal vantagem deste modelo é que as células primárias mantêm funções e fenótipos próximos aos dos tecidos/órgãos in vivo, e o efeito de medicamentos/toxinas pode ser estudado em células primárias isoladas no nível celular.