Tế bào gốc phôi là đa năng, có nghĩa là chúng có thể phát triển (tức là biệt hóa) thành tất cả các dẫn xuất của ba lớp mầm chính: ectoderm, endoderm và mesoderm.

Nói cách khác, chúng có thể phát triển thành từng loại trong số hơn 200 loại tế bào của cơ thể trưởng thành miễn là chúng được chỉ định để làm như vậy.

Tế bào gốc phôi được phân biệt bởi hai tính chất đặc biệt: tính đa năng của chúng và khả năng tái tạo vô thời hạn.

Các tế bào ES là đa năng, nghĩa là chúng có khả năng biệt hóa thành tất cả các dẫn xuất của ba lớp mầm chính: ectoderm, endoderm và mesoderm.

Chúng bao gồm mỗi loại trong số hơn 220 loại tế bào trong cơ thể trưởng thành.

Pluripotency phân biệt tế bào gốc phôi với tế bào gốc trưởng thành được tìm thấy ở người trưởng thành; trong khi tế bào gốc phôi có thể tạo ra tất cả các loại tế bào trong cơ thể, tế bào gốc trưởng thành là đa bội và chỉ có thể tạo ra một số lượng hạn chế các loại tế bào.

Ngoài ra, trong các điều kiện xác định, các tế bào gốc phôi có khả năng tự nhân lên vô thời hạn.

Điều này cho phép các tế bào gốc phôi được sử dụng như một công cụ hữu ích cho cả nghiên cứu và y học tái tạo, bởi vì chúng có thể tự sản xuất vô số lượng để tiếp tục nghiên cứu hoặc sử dụng lâm sàng.

Do tính dẻo và khả năng tự đổi mới không giới hạn, các liệu pháp tế bào ES đã được đề xuất cho y học tái tạo và thay thế mô sau chấn thương hoặc bệnh tật.

Các bệnh có khả năng có thể được điều trị bằng các tế bào gốc đa năng bao gồm một số bệnh di truyền, ung thư và rối loạn liên quan đến hệ miễn dịch; tiểu đường vị thành niên;

Parkinson; mù và chấn thương tủy sống.

Bên cạnh những lo ngại về đạo đức của liệu pháp tế bào gốc, có một vấn đề kỹ thuật về bệnh ghép so với vật chủ liên quan đến ghép tế bào gốc allogeneic.

Tuy nhiên, những vấn đề liên quan đến tương hợp mô học có thể được giải quyết bằng cách sử dụng tế bào gốc trưởng thành tự hiến, nhân bản trị liệu, ngân hàng tế bào gốc hoặc gần đây bằng cách lập trình lại các tế bào soma với các yếu tố xác định (ví dụ như tế bào gốc đa năng gây ra).

Các ứng dụng tiềm năng khác của tế bào gốc phôi bao gồm điều tra sự phát triển ban đầu của con người, nghiên cứu về bệnh di truyền và như các hệ thống in vitro để thử nghiệm độc tính.