细胞培养基成分复杂，包括盐类、糖类、维生素、氨基酸、代谢前体、生长因子、激素和微量元素。对这些物质的需求因细胞而有差异，这也导致大量的不同培养基配方出现。主要碳源物质通常是葡萄糖，有时也会使用半乳糖代替，这是因为半乳糖的代谢速度较慢。氨基酸（尤其是L-谷氨酰胺）和丙酮酸盐也可作为碳源。
除了营养成分，培养基也会帮助维持培养体系的pH和渗透压。pH的维持依靠一种或多种缓冲液体系，最常见的包括CO2/NaHCO3、磷酸盐和HEPES等，血清也可以作为完全培养基的缓冲液。酚红作为pH指示剂加入培养基中，可通过颜色变化监测pH变化。
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