细胞毒性（cytotoxicity）是指由细胞或者化学物质引起的单纯的细胞杀伤事件，不依赖于凋亡或坏死的细胞死亡机制。它可以是由产品、材料及其浸渍物所造成的细胞死亡、细胞溶解和细胞生长抑制。细胞毒性的含义不是一成不变的，这要取决于研究的性质以及目的是要杀死细胞还是仅仅要改变它们的新陈代谢。

新的药物、化妆品、食品添加剂等在投人公众使用之前，都必须进行大量的毒性实验来证明它们是无毒的，因此许多实验需要测定所研究的化学物质的潜在毒性。毒性在体内是一个复杂的事件，它可能直接损伤细胞，如有细胞毒性的抗癌药物；也可能是施用部位和其他位置的炎症效应以及其他一些全身效应。由于体外实验通常要涉及大量的动物实验，这些实验在人道主义和经济上的压力很大，而特定的细胞系、交互性器官培养的引入以及长期建立的培养物的连续应用就可能使这一问题得到合理解决，因此大多数实验都采取细胞水平的测定，即细胞毒性实验。

细胞毒性实验简化了要检测的事件，而现代药物的开发更强调分子靶标的特异性以及精确的代谢调控，所以对于现代药物的开发并不完全适合。虽然如此，细胞毒性实验还是由于它们的经济、易于量化，在一定程度上能反映相同或相似细胞的体内反应，并且可以重复还是被大量采用，但是相比起体内实验，细胞实验还是存在着很多的局限性，需要更加精细的有关代谢紊乱的实验来加以补充。

1．药物动力学在体外研究复杂的药物动力学是件极为困难的事情。因为体内和体外实验在药物暴露时间、浓度、浓度的变化速率、新陈代谢、组织渗透、清除和排泄方面常常有着显著的差异。尽管人们尽可能地在体外模拟这些参数，例如，用多细胞肿瘤球体来测定药物的渗透或浓度与时间效应（C×T)，依然不能完全真实地反映体内的代谢状况。但由于细胞实验更加简单，并且易于重复，目前大多数研究还是在细胞水平进行。

2．新陈代谢很多无毒物质在通讨肝脏代谢后变得具有毒性，而许多在体外有毒的物质也可能被肝脏的某些酶类解毒，因此，要想用体外实验替代动物实验，就必须模拟所研究的物质在体内最终的代谢状况。为实现这个目标，可以采取一些特殊的处理，比如肝脏微粒体的酶类制备、与活化肝细胞共培养或导入在可调控启动子调节下的代谢酶类的基因来对靶细胞进行遗传学修饰。

3．组织和全身反应毒性物质作用于细胞会影响细胞的存活和代谢，但在体内还会引起组织应答（如炎症反应、纤维化、肾功能衰退）或系统应答（如发热、血管扩张），所以要想使体外试验更加可信，就必须模拟这些反应。可以适当增加器官培养实验，与细胞水平实验相比，器官培养在结构及功能上，均更接近于其在机体内生长的情况，器官培养实验可以部分补充细胞实验的不足。

细胞毒性实验可以对细胞的五种指标进行分析，选择哪种分析指标要取决于研究的性质和靶细胞的特点。

1．存活率（viability）在显微镜下计数活细胞占细胞总数的百分比，称为细胞存活率。反映细胞在实验当时的存活状况。

2．生存力（survival）用于说明细胞持续一段时间并且能够繁殖的生存能力，通常要5-10代或者更长。

3．代谢（metabolic)许多物质都会影响到细胞的代谢过程，可以检测刺激后的代谢反应（如脱氢酶活性；;DNA、RNA或蛋白质合成），也可在刺激后2或3代时再检测。代谢状况可以反映细胞的生长潜力和存活率。

4．转化（transformation）反映细胞在表达遗传突变、生长调节改变或恶性转化等状况改变时的存活情况。

5．刺激性（(irritancy）类似于体内炎症、过敏或刺激反应的细胞应答。