细胞学说主张生物是由细胞组成的，细胞是生物的基本结构、功能单位和发育基础。细胞学说的形成经过几百年的研究，渐臻完备。16世纪末、17世纪初，显微镜问世后，为探索生物的微观结构提供了有效手段。17世纪中叶，英国人胡克首先观察到植物细胞。同时代的荷兰人列文虎克、意大利人马尔比基也相继看到植物细胞。
然而都没有认识到细胞是植物界独立的、活的结构单位。19世纪初，德国植物学家特雷维拉努斯和莫尔阐明细胞是植物的结构单位，称细胞内含物为原生质。
到了19世纪30年代初，布朗观察到植物细胞大都有核。普金叶还观察了鸡胚。莫尔和耐格里提出植物和动物细胞的原生质基本上是一致的，至此，对细胞有了一个基本概念。1838年德国植物学家施莱登在他的“植物发生论”中，提出植物结构的细胞说，他认为细胞是一切植物结构的基本单位，是一切植物借以发展的实体；最简单的植物是由一个细胞构成的，大多数植物是由多个细胞组成的；植物细胞的形成是一个新细胞起源于一个老细胞的核，最初形成老细胞的球体的一个裂片，然后分离出来自成的一个完整的细胞。1839年德国解剖学教授施旺把施莱登的见解扩大到动物界。他在《关于动植物的结构和生长的一致性的显微研究》论文中提出了动物和植物都是由细胞组成的学说。他认为，有机体的基本部分不管怎样不同，总有一个普遍发育的原则，这个原则便是细胞形成。
施莱登和施旺奠定了细胞学说的基础。细胞学说后来经过许多生物学家补充修改，日趋完善。大体内容是：生物都是由细胞和细胞的产物所构成，所有细胞在结构和组成上是相似的，各自执行特定的功能，并能独立存活，生命过程是有共同性的；生物体通过其细胞的活动，而反映其功能；新细胞是由已存在的细胞一分为二形成的，各种细胞有它发生、发展过程；生物病害是其细胞新陈代谢和代谢失常所致。
施莱登认为细胞核是由细胞中所含的黏液状物质结晶形成的。当细胞核长到一定大小时，在其周围就会形成小泡，这个小泡在母细胞中长大到一定程度，就从母细胞中分离出去，成为一个新的细胞。施莱登的好朋友、动物学家施旺受施莱登的研究结果的启发，意识到假如能证明细胞核在动物细胞中起相同作用，那意义将极其重要。
施旺回去后立即开始新的研究。动物细胞的观察比植物细胞困难得多，动物细胞有些很小，通常十分透明，而且形态变化多端，互相之间的差异似乎比相似还要突出。施旺发现细胞核是他阐明动物细胞性质的关键。无论肌肉细胞、神经细胞、骨细胞中都有细胞核。他提出，有无细胞核是判别有无细胞存在的最重要的根据。
通过对多种动物组织的研究，施旺把施莱登学说扩展到了动物界。他指出，植物的外部形态虽然极其多样，但都是由同一种东西，即细胞组成的。外部形态比植物更加多样的动物机体，也是由细胞构成，这些细胞又都是按照同样的规律形成和生长的。生命的共性是细胞。在细胞学说建立以前，人们对生物的研究，无论是分类学还是解剖学，都是机械的、独立的。细胞学说的确立就像原子论对化学和物理学一样，首次揭示了生命运动的本质。恩格斯给了细胞学说极高的评价，把它与进化论、能量守恒与转化定律一起称作他那个时代的三大发现。