Phục vụ cho nghiên cứu về tế bào động vật: sinh lý và sinh hóa tế bào, tương tác giữa tác nhân gây bệnh và tế bào, tác dụng của thuốc đối với tế bào, tiến trình và sự hóa già và những nghiên cứu về dinh dưỡng.
Nghiên cứu virus học: đây là ứng dụng cơ bản và sớm nhất của nuôi cấy tế bào. Nuôi cấy tế bào được sử dụng rộng rãi trong định danh và phân lập virus, cách thức virus xâm nhập và phát triển trong cơ thể.
Điều chế vaccine: khả năng nhân lên của virus trong môi trường tế bào động vật được sử dụng trong điều chế vaccine, bao gồm vaccine bại liệt, dại, vi êm gan siêu vi B, sởi… đối với ngành chăn nuôi, sản xuất vaccine Gumboro, đậu gà, dịch tả vịt… Các chủng virus cường độc được nuôi cấy, nhân lên và cấy truyền nhiều lần trên môi trường lớp đơn tế bào phôi gà, các chủng virus trở nên nhược độc với cơ thể ký chủ, sử dụng môi trường tế bào chứa virus nhược độc này để điều chế vaccine. Vaccine sản xuất từ tế bào có ưu điểm là độ tinh khiết và đơn vị kháng nguyên cao vì thế cho đáp ứng miễn dịch sớm và hiệu giá kháng thể đạt được cao.
Xét nghiệm hiệu quả sử dụng của các loại thuốc: Các tế bào nuôi cấy được sử dụng riêng hay kết hợp với các xét nghiệm trên cơ thể động vật để nghiên cứu hiệu quả của dược phẩm, hóa chất mới đối với sự tồn tại và phát triển của các loại tế bào khác nhau.
Nghiên cứu ung thư: các tế bào ung thư có thể phát triển trong điều kiện nuôi cấy. Người ta sử dụng hóa chất, virus và phóng xạ làm biến đỗi các tế bào nuôi cấy bình thường thành các tế bào ung thư, từ đó nghiên cứu những nhân tố gây ra sụ biến đổi. Nghiên cứu tế bào ung thư cung cấp các hệ thống xét nghiệm để xác định phương pháp và thuốc điều trị thích hợp cho từng bệnh ung th ư khác nhau.
Sử dụng tế bào ở dạng mô và cơ quan thay thế. Sản xuất các chất thứ cấp từ tế b ào nuôi cấy:
- Sản xuất interferon (IFN) từ tế bào động vật. Interferon do tế bào tiết ra khi bị virus tấn công có tính chất kháng virus v à kháng khối u.
- Sản xuất các protein có giá trị trong y học và thương mại, bao gồm kháng thể đơn dòng, hormone, insulin…
Ngoài ra, công nghệ nuôi cấy tế bào còn ứng dụng cho lĩnh vực chẩn đoán di truyền, kỹ thuật di truyền và liệu pháp gen.