Trong thực tế, tế bào gốc được nhận biết bởi khả năng tự làm mới của nó. ví dụ như trường hợp xét nghiệm xác định khả năng cấy ghép của tủy xương hoặc tế bào gốc tạo máu (hematopoietic stem cell) để chữa trị cho bệnh nhân thiếu tế bào gốc tạo máu. Điều này chỉ ra rằng các tế bào có khả năng sản sinh ra tế bào máu trong một thời gian dài. Điều đó cũng cho thấy việc tách chiết các tế bào gốc từ các cá thể đã được cấy ghép, có thể được cấy ghép tiếp cho những bệnh nhân khác không có tế bào gốc tạo máu.

Đặc tính của tế bào gốc có thể được phân biệt trong thí nghiệm in vitro, bằng việc sử dụng các phương pháp như các xét nghiệm sinh học (clonogenic assays) để đánh giá khả năng biệt hoá và tự tái tạo.[11][12] Tế bào gốc có thể được tách chiết từ chính các dấu hiệu đặc biệt trên bề mặt tế bào. Tuy nhiên trong điều kiện nuôi cấy in vitro có thể thay đổi biểu hiện của tế bào, điều này gây khó khăn trong việc xác định biểu hiện của tế bào in vivo. Hiện tại các cuộc tranh luận về việc đề xuất một số tế bào trưởng thành là tế bào gốc.