细胞工程是以细胞为基本单位，在离体条件下，进行培养、繁殖，有计划地改进细胞的遗传基础，改良和培育新个体的技术。它包括组织培养、细胞杂交、花药培养、胚胎培养和试管受精等技术。以下仅就前三项作扼要介绍。
一、组织培养技术
组织培养（tissueculture）是利用植物组织和器官，通过无菌操作接种于人工配制的培养基上，经过人工诱导增殖，产生完整植株的过程，也称微体繁殖（micropropagation）。
作物的组织培养，首先根据作物特性，选择繁殖的材料，包括根部、茎尖、腋芽、花芽、胚轴和胚等组织。其次建立无菌培养基，一般常用的有MS、ER、B5和N6等培养基，控制适当的温度和光照，培养产生再生苗，当苗长3～4片真叶时，移入温室锻炼，再移出室外，用玻璃罩或薄膜覆盖，保湿保栽保活。
二、花药培养技术
花药培养是细胞工程中的重要内容。它是将植物花药中的花粉粒培养成完整的个体的技术。这种技术对于远缘杂交以及控制杂种分离有着特殊的利用价值。一般经过以下步骤：花粉在培养基上诱导产生胚状体，胚状体分化成各器官的原体和芽点，再生长发育成植株。技术关键在于配制适宜的培养基。从花粉到成株都在培养基上分化生长，培养基的成分和状态，对于形成能独立生存和繁殖的个体至为重要。
（一）培养基
培养基的配制方法和种类很多。不同作物，不同要求应试验和选用适宜的培养基。首先确定基本的培养基，而后选择激素的种类和浓度，蔗糖的浓度以及天然复合物的采用，以保证诱导花粉小孢子分裂分化。根据试验和应用结果，介绍几种培养基作为选择试验的参考。N6培养基适用于粳稻。M8培养基适用于籼稻。NitschH培养基适用于烟草。MS培养基适合于棉花及多年生植物。其他尚有Millor和B5等可以应用。以上培养基可在试验中适当增减某些成分，以增进培养效果。
（二）花药培养方法
在田间选取中晚期的花药，经过灭菌、低温等预处理，将花药散落于盛在小烧杯的液体培养基中，挤出花粉，经网筛过滤，低速离心，除去残渣，使悬浮液平铺在培养皿，并用封口膜密封培养皿，以免蒸发脱水，再置于适当温度（26～30℃）和红的荧光灯、低强度的白炽灯或黑暗条件下培养。这样培养3～4周后，生出愈伤组织，再将其移植到芽分化的和生根的培养基中，待生出正常根茎叶后，除去封口膜，锻炼1～2d，将小植株移于盆中。
三、体细胞杂交技术
体细胞杂交（somaticcellhybridization）是指不同体细胞的原生质体融合一起的过程，也称细胞融合（cellfusion）。这种技术可克服育种工作中杂交不亲和性及转移雄性不育基因，培育新种、新品种等。成为作物育种的一个重要手段。体细胞杂交一般经过原生质体融合、杂种细胞选择和杂种植株再生和鉴定。
（一）原生质体融合
原生质体是细胞壁（膜）以内的半透明的胶体物质，包括细胞质和细胞核，是细胞新陈代谢和分裂繁殖的物质基础。原生质体融合可以把不同作物的细胞结合起来，综合不同的遗传物质。原生质体融合按性质可分化学融合和物理融合，以下列举聚乙二醇融合和电融合加以说明。
聚乙二醇（PEG）是一种化学多聚物，可作为原生质体融合剂。由于其中醚键的存在，在分子的末端带有弱电荷，其溶液处理混合的异源原生质体使之黏着而融合，如果再结合高钙（Ca2 ）和高pH值处理，诱导融合率显著提高，成为较为先进的体细胞杂交技术。
电融合是使原生质体的悬浮融合液，在两电极间施加高频交流电场，原生质体偶化极化，则沿两电极线方向泳动，并相互吸收而形成与电场线平行的原生质体链。以后再用一次或多次瞬间高压直流电脉冲，以引发质膜的可逆性破裂，促使原生质体的融合而形成杂交融合体。
（二）杂种细胞选择
在PEG溶液中，进行不同作物的异源原生质体的融合，其中除了杂种细胞外，尚有未融合的原生质体，如何把杂种细胞选择出来呢？一种方法是物理方法，根据原生质漂浮而采用离心沉淀异核体；根据细胞的颜色差异，在显微镜下，将融合细胞分离。另一种方法是代谢互补选择，用不同的生化抑制剂分别处理不同的原生质体，阻断它们的代谢途径，使它们在培养基内生长不同，以达到选择的目的。其它尚有同工酶分析，DNA印迹法和随机扩增多态性DNA分析（RADD）等方法，用作不同融合体选择。
（三）杂种植株再生和鉴定
细胞杂交完成异源原生质体融合后，进而发育成完整的杂种植株，从中选出新品种才能达到最终目的。根据不同作物和实际情况，制备适宜的培养基，在适当的条件下，培育试管苗，进行营养钵假植锻炼，带钵带土移栽，确保成活。杂种植株生长期间，可按常规杂交育种技术的田间试验程序和方法，观察鉴定，选出理想个体，进行繁殖比较，育成体细胞杂交新品种。1971年，我国首次从烟草叶片原生质体培养出完成整植株。1972年培养出粉蓝烟草（N.glauca）和蓝格斯多夫烟草（N.langsdorffii）种间体细胞杂交植株，取得重大突破。