在显微镜还没有出现以前，人类对于生物学的研究还停留在宏观的层面上。十六世纪以后，人类对光学的研究有了长足的进展，大约在十六世纪末期，出现了人类历史上最早的显微镜。随着显微镜技术的不断进步，放大倍数越来越高，从而打开了人类通向微观世界的大门。

    1665年，英国皇家学会负责光学仪器修理工作的胡克，自制了一台能放大40—140倍的显微镜。他用这台显微镜观察软木薄片时发现，似乎有一些小小的空洞，但并不十分清除。由于薄木片是白色的，为了看得更清除，于是他便把这个薄木片放在一个黑色的载物板上进行观察。这时候，他终于看清了。这种软木的薄片原来是由许多排列整齐的蜂窝状小室组成的。胡克便把这些小室称做cell，cell的愿意是“空室”，也就是现在所说的细胞。实际上胡克当时所看见的并不是活细胞，只是软木组织中的死细胞留下的空腔。尽管如此，人们仍然认为胡克是世界上第一个发现细胞的人。

    胡克还用显微镜对许多生物做了细致的观察，如苔藓、霉菌、野生燕麦的刺毛、荨麻的刺毛、罂粟种子等。通过观察，他阐明了霉菌的发育过程、苔藓的结构等。他还观察过鱼的鳞片、蜜蜂的蜇针、家蚕的卵、苍蝇的头和足等。此以外他还对鸟类的羽毛结构做了精细的研究。胡克的成就是多方面的，他详细的描述过的蜘蛛、螨类，几乎在一个世纪中无人能够超越。后来，胡克由于视力减弱，不得不放弃了与显微镜相关的研究工作。

    续胡克之后，许多人纷纷投入到这个研究领域。这一时期有两个比较重要的人，他们是英国的格鲁（N.Grew），他曾报道过他所看到的植物体结构，发表了100多份植物显微观察的描绘图谱，出版了《植物解剖初察》，并于1671年想皇家 学会宣读了题为《同一‘智慧’的发明物》的论文，阐述了动植物体必然具有相似结构的看法，理由是它们是“同一智慧”的创造物；还有一个是意大利的马尔皮基（M.Malpighi），马尔皮基发现植物体是有很多外壁的中空“小囊”构成，囊内充满这黏液性的物质。他于1675年发表的《植物解刨学》中明确指出：植物体是由许多细胞组成的。这标志着细胞是植物的结构单元这一概念已经开始萌芽。

    随着显微镜技术的不断提高，有微生物之父之称的荷兰的显微镜专家列文虎克制造出了能放大270倍的显微镜。人们对生物的微观结构的观察也越来越精细。1759年德国生物学家沃尔夫（F.Wolff）用细致的观察证明：成体动物动物的肢体和器官在胚胎的过程中从简单的组织逐渐发展起来，从而启发人们去深入研究生物的构造和发育过程，为细胞学说的确立开辟了道路。但在这之后的几乎一个世纪的时间里，细胞学的研究进展缓慢，受到技术条件的限制，人们对细胞的观察大多还停留在外表上。

    到了十九世纪，显微镜技术得到了进一步改进，人们从过去对死细胞的多半是简陋、粗糙、片面的研究，进入到多样、精细、全面的对活细胞的研究上来。较早重新认识细胞的是德国自然哲学家奥肯（L.Oken），他认为所有生物都是由小泡或细胞组成的，这些小泡或细胞是一些单胞或原浆。1809年他在《自然哲学纲要》中说，世界是一个发展的过程，经过了机械现象、化学现象和生物现象三个阶段。一切生物都是来源于原始的黏液球，球中间是液体，称小泡。小泡是一种简单的生活质，由大海中的无机物变成。1842年法国生理学家迪特罗谢（J.H.Dutrochet）提出动植物的器官、组织都是由细胞构成的，明确了生物的统一性在于细胞结构。但是由于缺乏有说服力的材料，这一观点当时并没有产生多大的影响。

    由于技术条件的限制。人们无法看到细胞内部的状况。十九世纪初，由于消色显微镜的问世，人们才有机会观察到细胞内内部的结构。

    1831年，英国植物学家布朗（R.Brown）用改进了的显微镜，在兰科植物表皮细胞里发现了细胞核。可惜的是他本人对自己的发现并不重视。1835年法国的迪雅尔丹（E.Dujardin）在观察活的跟足虫等原生动物的时候，发现它们由一块软的物质块组成，能改变形状伸出伪足，用来捕捉食物或移动位置。他把这样的一种细胞内容物叫做“肉浆”。几乎同时，捷克生理学家浦肯野（J.E.Purkinje）观察到了动物的细胞核，并指出细胞并不像之前人所设想的只是一个坚硬的空壳，而是包含有“原生质”，并认为原生质在细胞中有举足轻重的地位。1839年，浦肯野发表了《论动物体在结构元素上的相似性》，认为一切生物组织结构的颗粒形式证明了生物的相似性。

    到19世纪30年代末，人们对细胞的大概结构及其在生物体中的地位已经有了一定的认识，系统地提出细胞学说的条件已经具备。最后完成细胞学说的是两位德国生物学家施莱登（M.J.Schleiden）和施旺（T.A.Schwann）。

    施莱登生于德国汉堡，是一位著名医生的儿子。他早年在海德堡大学学习法律，毕业后回到家乡从事律师工作，1931年，施莱登不惜放弃律师职业，前网格丁根大学攻读医学，以后又到柏林大学学习植物学。施莱登是以为性情古怪但很有才干和创造力的科学家，他才思敏捷，鳝鱼透过现象抓住问题的本质，这使他在科学上获得很大成就。但他卫为人傲慢，易于激动，看问题常常主观片面，这也使他在工作中出现了不少错误。

    施莱登对他那个时代植物学界主要从事植物标本的采集、分类、鉴定、命名，而忽视植物的结构、功能、受精、发育和生活使的研究感到不满。他主张植物学应该通过一切可能的手段研究植物的构造、生长和发育。他以对科学的敏感性，从布朗发现的而未被人们重视的细胞核入手，发现细胞核与细胞发育有密切关系，从而进一步探讨了细胞的产生和形成问题。根据观察和研究，施莱登于1838年发表了《论植物发生》一文，阐述了他对植物体结构及其从细胞到个体的生长发育规律的一系列观点。他认为：所有的植物，不论其复杂程度如何，都是由各种不同的细胞组成的。这些细胞又是以相同的方式产生的。因此细胞是一切植物结构的基本生命单位，一切植物都是以细胞为实体发育而成的。

    施莱登的好朋友施旺生于德国的诺伊斯，早年在威尔茨堡和柏林学医，1834年毕业后，成文柏林解刨学研究所著名生理学家米勒（M.P.Muller）的助手。在米勒的鼓励下，他在组织学、生理学、微生物学等方面，都做出过重要贡献。施旺是一位虔诚的天主教徒，性情温和，善于思考，为人谨慎、保守。他的性格在许多方面与施莱登恰好形成鲜明的对照。然而。他们之间一直保持着深厚的友谊。

    在1838年10月一次聚会中，施莱登向施旺介绍他在植物中观察到的细胞核和细胞中其他结构时，施旺也在介绍了他在动物组织中观察到类似情况，并邀请施莱登到他的实验室一起来研究。

    施旺研究动物细胞，其思路和方法与前人不同。他不是静止地、孤立地描述特征，而是把细胞和生物或胚胎的发育结合在一起来研究。通过大量解剖观察比较，施旺发现：动植物的基本部分，不管怎么样不同，都有一个普遍的发育原则，那就是细胞的形成。他不仅善于发现新东西，而且善于总结归纳。他用事实证明，一切动物的受精卵，无论大小，都是一个单细胞。施旺还发现，动物细胞在所有方面都与植物细胞相似，细胞是所有生物构造和发育的基础。

    1839年，施旺发表了《关于动物植物的结构性和生长的一致性的显微研究》。在这篇具有划时代意义的著名论文中，对前人、施莱登和他自己的观察到的有关动植物显微构造的资料进行了系统的理论概括。他认为植物外部形式虽然是五花八门的，“可实际上处处都由同一种的东西—细胞所构成”；类型比植物更加多样化的动物，“也不过是由细胞构成的，而且是由和植物细胞完全类似的细胞构成的，这些细胞在营养活动中，某些方面表现出极端惊人的一致。”由此看来，“所有生物是按同样的规律形成和生长的，因而这些过程应该处处被同样的力量所制约。”

    至此，细胞学说的基本理论已经确立。细胞学说认为，所有生命体在宏观上虽然千差万别，但在微观上都是由细胞所构成的，或者说细胞是构成生命体的基本单位。细胞学说打破了动物界和植物界的巨大屏障，找到了动物和植物以及一切生命体的共性。随着人类对这一领域的进一步研究，人们发现，一个细胞也可以构成一个生命体，如细菌、酵母菌和一些低等藻类以及原生动物等。同时也认识到：细胞不是一成不变的，它有自己的生成和发育过程。

    细胞学说是生物学上关于机体结构的第一个学说，它的确立在生物学的发展史上具有里程碑的意义。促进了许多生物学分支的建立和发展。

 
    例如：德国病理学家魏尔啸（R.Virchow）充分认识到细胞学说的重要意义，并以此为基石，建立了细胞病理学，有力地推动了现代医学的发展。魏尔啸认为，细胞学说可以用来说明疾病现象，因为病变组织的细胞是由健康组织的细胞慢慢演变而来的。同时他把细胞学说精炼为：“一切细胞来自细胞。”把这名言推而广之，便是：“一切生命来自生命。”这给了生命自然发生说重重的一击。在细胞学说的启发下，人们很快意识到，研究细胞的结构及其生理活动规律是阐明各种生命现象的有效途径。

    细胞学说的确立，也促进了胚胎学的发展，并使之成为一门相对独立的实验性科学。德国动物学家、胚胎学家施佩曼（Hans Spemann）做出了卓越的贡献。

    施佩曼（1869—1941）生于德国符腾堡的斯图加特。曾就读于海森堡大学和慕尼黑大学学习医学和动物学，并于1894年获得医学博士学位。他先后在威尔茨堡大学、罗斯托克大学、凯撒-威廉生物研究所和弗莱堡大学工作。

    1981年，他利用婴儿头发对两栖动物蝾螈的受精卵做了结扎实验，发现早期胚胎的各个细胞核在发育能力上是没有差异的。他利用自己所建立的一套方法，设计了一系列实验，发现两栖动物原肠胚的背唇能起到“组织者”的作用，即除自身向一定方向分化外，还能“诱导”临近的外胚层细胞分化为神经组织，共同形成脊索、肌肉、神经管组成的中轴构造。据此，施佩曼提出了胚胎学中著名的“组织者假说”。这个假说被推广到包括人在内的所用脊椎动物，并且获得了广泛的承认。施佩曼把胚胎发育的理论，建立在生物体各个部分相互作用的基础上，为实验胚胎学开辟了道路。1935年施佩曼“因为发现胚胎发育中‘组织者’的作用”而获得了诺贝尔生理学医学奖。