Células primárias são células isoladas diretamente de um tecido ou órgão vivo. São células diferenciadas que imitam o estado fisiológico das células in vivo e espera-se que mantenham suas funções in vivo em condições ótimas por um curto período de tempo. Células que podem ser isoladas e cultivadas in vitro passam por um número limitado de divisões celulares antes de entrarem em senescência. Essa vida útil limitada é uma das principais limitações do uso de células primárias. Com exceção das populações de células-tronco e progenitoras, a maioria das células primárias são células terminalmente diferenciadas de um tipo muito específico e com alto nível de função.

Modelos de células primárias são bem estabelecidos, relativamente fáceis e baratos de usar, e oferecem várias vantagens chave sobre o uso de seções de tecido. A principal vantagem deste modelo é que as células primárias mantêm funções e fenótipos próximos aos dos tecidos/órgãos in vivo, e os efeitos de medicamentos/toxinas podem ser estudados em células primárias isoladas a nível celular.