胚胎幹細胞（Embryonic stem cell，簡稱ESC）是一類具有多能性的幹細胞。
卵細胞受精後，受精卵經過桑葚胚階段，進入囊胚階段。
囊胚中的細胞可以歸入兩個大類：滋養層（trophoblast，TE）和內細胞群（inner cell mass，ICM）。滋養層的細胞會分化爲胚胎外的組織（胎盤等），內細胞群的細胞則會分化成胚胎的其餘結構。
分離內細胞群細胞並進行體外（in vitro）培養，即可取得胚胎幹細胞。
胚胎幹細胞擁有分化爲三個胚層的細胞的潛能，或者說在一般情況下能分化形成除了胎盤之外的所有胚胎結構，此為胚胎幹細胞多能性的具體體現。
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