Tế bào mầm có bản chất của tế bào gốc đa năng. Tuy nhiên, tế bào mầm là nguồn gốc cho các tế bào sinh dục. Do đó, bên cạnh những ứng dụng của tế bào gốc, tế bào mầm được sử dụng vào những mục đích chuyên biệt dưới đây:

Nuôi cấy, biệt hóa tế bào mầm - ứng dụng trong điều trị vô sinh.

Trong trường hợp không có tinh trùng và nói chung là tế bào đơn bội n, người ta phải tiến hành nuôi cấy tế bào mầm sinh dục thu nhận từ tinh hoàn, hay buồng trứng. Ngoài ra, nếu không có tinh trùng hay trứng có thể tiến hành xin tinh trùng (hay trứng) của người khác.

Nhiều trường hợp khác cũng cần sự can thiệp của nuôi cấy tế bào mầm là: những người còn nhỏ tuổi mắc bệnh, cần điều trị bằng xạ trị hay những liệu pháp gây độc tế bào, nếu những người này muốn có con bình thường thì họ có thể trữ lạnh một mẩu mô buồng trứng hay tinh hoàn. Sau khi lớn lên, những mẩu mô này sẽ được đem đi nuôi cấy và biệt hóa thành giao tử, giao tử được thụ tinh tạo thành phôi.Nuôi cấy biệt hóa tế bào mầm còn có ý nghĩa trong bảo tồn giống, loài.

Mô hình kiểm nghiệm các chất gây vô sinh.

Tế bào mầm là một mô hình thích hợp cho việc kiểm nghiệm các chất, hợp chất. Riêng với tế bào gốc sinh dục, vì bản chất của nó là biệt hóa thành giao tử, do đó là mấu chốt cho hiện tượng vô sinh. Những nghiên cứu gần đây công bố cho thấy việc sử dụng tế bào gốc sinh dục làm mô hình cho việc kiểm nghiệm các chất gây vô sinh là thích hợp và hiệu quả.

Ngày nay, sự ô nhiễm môi trường, sự ra đời của nhiều hóa chất tổng hợp mới làm gia tăng nguy cơ gây vô sinh. Do vậy, bên cạnh việc kiểm nghiệm độc tố gây ung thư thì việc kiểm nghiệm khả năng gây vô sinh là cần thiết đối với các chất mới trước khi đưa ra sử dụng.

Nguồn gốc tế bào gốc đa năng.

Các tế bào mầm là những tế bào gốc đa năng. Vì các tế bào này có cùng đặc tính với tế bào gốc đa năng thu từ phôi, hay các tế bào khối u phôi. Vì vậy, thu nhận các tế bào mầm phục vụ cho các mục đích y học cũng được tập trung nghiên cứu và ứng dụng. Tế bào mầm đa năng có thể biệt hóa thành nhiều dòng tế bào khác nhau. Tế bào mầm (trứng, tinh trùng)->Tế bào gốc toàn năng (totipotent) và tế bào gốc vạn năng (pluripotent).

Trước năm 2006 thế giới chỉ biết tới ba loại tế bào gốc: tế bào gốc phôi, tế bào gốc thai và tế bào gốc trưởng thành. Nhưng trong năm 2006 Giáo sư Shinya Yamanaka[3] từ Đại học Kyoto, Nhật Bản đã tạo ra một loại tế bào gốc đa năng mới bằng cách biến đổi từ những tế bào trưởng thành bình thường (ở trường hợp này là các nguyên bào sợi – có thể lấy từ da người). Bằng việc bổ sung những yếu tố để thay đổi cách thức hoạt động của các nguyên bào sợi này, ông đã tạo ra các tế bào gốc có tính đa năng giống như tế bào mầm từ trong phòng thí nghiệm, chính vì thế ông đặt tên cho loại tế bào gốc mới này là Tế bào gốc đa năng cảm ứng iPS (hay Tế bào gốc đa tiềm năng cảm ứng iPS).