胚胎干细胞具有万能分化性(pluripotency)功能，特点是可以细胞分化(Cellular differentiation)成多种组织的能力，但无法独自发育成一个个体。它可以差转成为外胚层、中胚层及内胚层三种胚层的成员，然后再差转成为人体的220多种细胞种类。
万能分化性是胚胎干细胞与在成年人体内可找到的多功能干细胞的主要分别：多功能干细胞只能差转成为某几种特定的细胞种类。在无外界提供差转的刺激之下(即可在实验环境下生长)，胚胎干细胞在经过多重细胞分裂之后，仍然能保有万能分化性。成人干细胞能否保有万能分化性，直到现在仍然有争议。不过，有研究已示范了万能干细胞可以从成纤维细胞集丛产生出来。
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