Ilmuwan sel punca melakukan penelitian ilmiah tentang sel punca, baik untuk memahaminya dengan lebih baik maupun untuk menggali potensinya untuk berbagai tujuan kesehatan dan medis. Ditemukan di sebagian besar organisme multiseluler, sel punca memiliki kemampuan peremajaan luar biasa yang memungkinkan mereka membangun kembali seluruh jaringan tubuh atau jaringan spesifik tertentu dalam tubuh. Sel punca yang dapat membentuk seluruh jaringan tubuh disebut sel punca embrionik dan ditemukan di bagian dalam blastokista; blastokista adalah embrio tahap awal. Jenis sel punca kedua adalah sel punca dewasa, yang disebut demikian untuk membedakannya dari yang embrionik; mereka benar-benar terjadi di seluruh tubuh pada orang dewasa maupun anak-anak.
Sel punca embrionik bersifat pluripoten dan sel punca dewasa bersifat multipoten. Pluripotensi berarti bahwa sel-sel embrionik mampu membelah sel tanpa akhir dan masih dapat tetap tidak berdiferensiasi. Mereka mampu membentuk setiap jenis jaringan tubuh, kecuali plasenta. Sel punca dewasa multipoten, di sisi lain, tidak begitu serbaguna dan hanya dapat membentuk jenis jaringan tertentu, biasanya hanya jenis di mana mereka ditemukan. Sel punca dewasa bertindak sebagai alat perbaikan tubuh, memperbaharui sel-sel khusus setiap kali dibutuhkan.
Karena sel punca mampu beregenerasi, mereka menawarkan kemungkinan besar dalam penelitian medis. Mereka dapat digunakan untuk memperbaiki jaringan yang rusak dan mengganti organ yang rusak, dan mengobati berbagai kondisi seperti leukemia, multiple sclerosis, cystic fibrosis, penyakit neuron motorik dan osteoporosis. Ilmuwan sel punca telah mencapai ukuran keberhasilan dalam upaya ini, tetapi lebih banyak lagi penelitian sel punca masih diperlukan.
Ada dua masalah signifikan dalam penggunaan sel punca dalam perawatan medis. Pertama, ada kemungkinan tubuh menolak jaringan dan organ baru yang dihasilkan secara langsung, atau perlunya minum obat penekan kekebalan secara permanen untuk menghindari penolakan kekebalan. Kedua, ilmuwan sel punca belum mampu mengontrol atau memprediksi cara transplantasi sel punca membelah dalam tubuh pasien. Ada beberapa contoh sel induk membelah dengan cara yang tidak terkendali, yang mengarah ke tumor kanker.
Sementara masalah ini masih dipelajari di laboratorium penelitian, masalah pertama dapat diselesaikan melalui kloning terapeutik. Dalam hal ini, ilmuwan sel punca mengambil DNA dari seorang pasien, menyuntikkannya ke dalam sel telur donor dan menginduksi sel telur untuk membelah dan membentuk blastokista. Pengambilan sel punca kemudian dilakukan dari blastokista ini dan sel punca ini akan memiliki DNA yang sama dengan pasien. Akibatnya, tubuh pasien cenderung menerima jaringan yang tumbuh dari sel induk ini dan mungkin juga tidak perlu mengonsumsi obat penekan kekebalan di sini.
Area lain yang sedang dieksplorasi oleh para ilmuwan sel punca adalah kloning reproduksi. Sejauh ini domba, sapi, anjing, dan hewan lainnya telah berhasil dikloning, dan langkah nyata berikutnya adalah mengkloning manusia. Penelitian ini telah berubah menjadi ladang ranjau kontroversi, dengan pendukung menggembar-gemborkan kemungkinan baru yang cerah dalam penelitian medis dan lawan mencela apa yang mereka lihat sebagai devaluasi kehidupan manusia. Perdebatan masih berlangsung dan telah mempengaruhi kebijakan sel punca di negara-negara di seluruh dunia. Banyak negara telah melarang kloning manusia secara langsung atau telah memberlakukan batasan ketat tertentu pada penelitian sel induk.