Células madre totipotentes: como su nombre lo indica, son todo poderosas, lo que significa que pueden convertirse en absolutamente cualquier otro tipo de célula, incluso aquellas que no pertenecen al embrión, como por ejemplo la placenta. Dicho de otra forma, son aquellas capaces de generar un organismo completo.
Células madre pluripotentes: no pueden formar aquellas células que no pertenecen al embrión, como la placenta, por lo que no podrían formar un organismo completo, pero si pueden formar cualquier célula presente dentro del embrión, desde la piel hasta los huesos, así como los órganos.
Células madre multipotentes: aunque no pueden convertirse en células ajenas al sistema al que pertenecen, si pueden formar cualquier célula del sistema al que si pertenecen. Por ejemplo, las células madre multipotentes encontradas en la médula ósea pueden convertirse en células pertinentes a ese sistema, muchas de las cuales forman componentes de la sangre, pero no pueden convertirse por ejemplo en células del sistema respiratorio.
Células madre unipotentes: tal cual su nombre sugiere, sólo pueden convertirse en un tipo de células.
Anteriormente, las células madre causaron gran polémica, ya que para obtenerlas había que dañar e incluso matar el embrión del que eran obtenidas. Hoy en día éstas pueden ser obtenidas extrayendo una sola célula madre, después de dejar que el embrión alcance un número suficiente de células madre. Tanto la célula madre obtenida como el embrión sobreviven exitosamente.