Xử lý gây tạo đột biến trong nuôi cấy in vitro là phương pháp kết hợp giữa kỹ thuật nuôi cấy mô với phương pháp gây tạo đột biến. Sự kết hợp này sẽ làm tăng tần số biến dị di truyền lên nhiều lần so với phương pháp thông thường, rút ngắn thời gian trong công tác chọn tạo giống mới mang lại khả năng tạo biến dị rất cao.Phương pháp này còn có khả năng tạo đột biến ở giai đoạn sớm của quá trình hình thành và phát triển cá thể (phôi non hoặc callus). Nhờ vậy, tần số đột biến cao và khả năng thu nhận những thể đột biến đồng nhất về kiểu gen trở nên dễ dàng hơn. Nuôi cấy in vitro không những là công cụ hữu hiệu để lưu giữ, duy trì và nhân những thể đột biến lạ, quý hiếm mà còn là phương pháp phân lập và làm thuần những dòng đột biến nào đó. Trong nhiều trường hợp, nuôi cấy in vitro là cách có hiệu quả nhất để duy trì và bảo quản những biến dị di truyền, đặc biệt là những thể đột biến khảm, nhờ đó khắc phục được sự đào thải của những tế bào quý hiếm do tính cạnh trạnh trong mô (Lê Đức Thảo, 2010).
Sự phát triển của phương pháp nuôi cấy in vitro đã tạo điều kiện cho việc sử dụng các kỹ thuật đột biến để cải thiện cải giống cây trồng. Kỹ thuật này là phương pháp hiệu quả nhất để cải thiện giống cây trồng (Mohan, 2010). Gây tạo đột biến kết hợp nuôi cấy in vitro có nhiều ưu điểm như, thuận tiện trong xử lý số lượng lớn các cây con do kích thước nhỏ, hiệu quả sử dụng chất gây đột biến hóa học cao và liều lượng xử lý thấp hơn. Phương pháp có tiềm năng rất lớn đối với chọn tạo giống hoa cây cảnh. Ưu điểm chính của phương pháp là khả năng cải thiện một hoặc một vài tính trạng quan trọng của một giống mà về cơ bản ít có thay đổi kiểu gen còn lại (Ibrahim and Debergh, 1998).
Nguyễn Tiến Thịnh và Lê Văn Thức (2007) cho rằng, mẫu vật truyền thống trong chiếu xạ đột biến ở cây trồng nhân giống bằng hình thức sinh dưỡng như hom, cành giâm, củ, hành, thân bò,… thường có kích cỡ to và số lượng tế bào lớn nên không thuận tiện trong thao tác chiếu xạ đột biến sử dụng những nguồn bức xạ tiện lợi và phổ biến, ví dụ như thiết bị gamma cell. Quan trọng hơn nữa là khó
khăn trong việc phân lập thể đột biến thuần từ cấu trúc khảm về sau. Việc sử dụng kết hợp tác nhân gây đột biến với kỹ thuật nuôi cấy in vitro giúp giải quyết hiệu quả các hạn chế và khó khăn trên. Ngoài ra, sau xử lý đột biến hiện tượng đột biến không chỉ xảy ra ở các mắt mầm của những mẫu vật trên, mà còn có thể ở bất kỳ những vùng mô nào đó có trên mẫu. Các phương pháp trồng trọt và chọn lọc truyền thống không khai thác được tiềm năng đột biến này.
Kỹ thuật đột biến kết hợp với nuôi cấy mô tế bào là phương pháp có hiệu quả nhất đối với việc cải thiện giống ở các loài có thể nhân giống bằng phương pháp vô tính như chuối, táo, cọ, khoai tây, cúc, hồng,... (Ahloowalia and Maluszynski, 2001). Theo Chahal and Gosal (2002) tạo đột biến thông qua nuôi cấy mô có những ưu điểm như: nhiều yếu tố có tính chất ngoại cảnh có thể được kiểm soát tốt hơn; sử dụng tế bào trần, tế bào riêng rẽ làm cho cơ hội chọn lọc có tính chất “lưỡng bội” bị giảm thiểu tối đa; có rất ít cơ hội cho sự hình thành thể khảm nếu cây tái sinh có nguồn gốc từ một tế bào; tần suất đột biến thường khá cao bởi mỗi tế bào thường được tiếp xúc trực tiếp với tác nhân gây đột biến; chọn lọc in vitro đối với nhiều stress sinh học và phi sinh học có thể đạt hiệu quả tốt khi cho xử lý ở mức độ tế bào trong môi trường nuôi cấy; hàng triệu tế bào (cây tiềm năng) có thể được thanh lọc chỉ trong một hộp petri (Mohan, 2010).