เซลล์ต้นกำเนิดเป็นเซลล์ที่ยังไม่มีการพัฒนาไปทำหน้าที่จำเพาะ (undifferentiated cells) สามารถเข้าวัฏจักรเซลล์ (cell cycle) เพื่อแบ่งตัวให้เซลล์ลูก (daughter cells) ได้ไม่จำกัด โดยเมื่อเซลล์ต้นกำเนิดแบ่งตัว (cell division) โดยวิธีไมโตซิสจากเซลล์ต้นกำเนิด (2N) 1 เซลล์ สร้างเซลล์ลูกได้ 2 เซลล์ (2N) จะสร้างเซลล์ต้นกำเนิดอย่างน้อย 1 เซลล์ที่มีคุณสมบัติเหมือนกับเซลล์เริ่มต้นที่ยังคงคุณสมบัติของเซลล์ต้นกำเนิด ดังคุณสมบัติที่เรียกว่า self-renewal

เซลล์ต้นกำเนิดสามารถเจริญพัฒนา (differentiation) ไปเป็นเซลล์กึ่งกลางที่เรียกว่า progenitor cells และในท้ายที่สุดพัฒนาไปเป็นเซลล์ที่จำเพาะได้หลายชนิด (terminal differentiation) ซึ่งศักยภาพของเซลล์ต้นกำเนิดในการเจริญพัฒนาไปเป็นเซลล์ในขั้นสุดท้าย (potency) อาจจำแนกได้หลายระดับ เช่น

Unipotency สามารถพัฒนาไปเป็นเซลล์ที่จำเพาะได้เพียงหนึ่งชนิด
Bipotency สามารถพัฒนาไปเป็นเซลล์ที่จำเพาะได้สองชนิด
Oligopotency สามารถพัฒนาไปเป็นเซลล์ที่จำเพาะได้ 3-4 ชนิด
Multipotency สามารถพัฒนาไปเป็นเซลล์ที่จำเพาะได้หลายชนิด
Pluripotency สามารถพัฒนาไปเป็นเซลล์ที่จำเพาะได้หลายชนิดครบทั้ง 3 ชั้น (endoderm, mesoderm และ ectoderm)
Totipotency สามารถเจริญไปเป็นตัวอ่อนทั้งตัวได้

การแบ่งตัวของเซลล์ (cell division) ในเซลล์ต้นกำเนิดอาจเกิดได้ 2 ลักษณะเป็นอย่างน้อย

1. เซลล์ตั้งต้นแบ่งตัวให้เซลล์ลูกเหมือนกันทั้งสองเซลล์ (Symmetric Cell Division)  เช่น

1.1 Non-terminal Symmetric Cell Division เซลล์แม่ (เซลล์ตั้งต้น) ที่แบ่งตัวยังคงเหลืออยู่เหมือนเดิม การแบ่งตัวแบบนี้ทำให้เพิ่มจำนวนเซลล์แม่ขึ้นเท่าตัวในแต่ละรอบ

» เซลล์ต้นกำเนิดประสาท (Neural stem cells; NSC) → เซลล์ต้นกำเนิดประสาท (NSC) + เซลล์ต้นกำเนิดประสาท (NSC)

» เซลล์ตั้งต้นประสาท (Neural progenitor cells; NPC) → เซลล์ตั้งต้นประสาท (NPC)+ เซลล์ตั้งต้นประสาท (NPC)

1.2 Terminal Symmetric Cell Division เซลล์แม่ (เซลล์ตั้งต้น) ที่แบ่งตัวกลายไปเป็นเซลล์ลูกทั้งหมด การแบ่งตัวแบบนี้ทำให้เซลล์แม่หมดไป ได้เซลล์ลูกชนิดใหม่ที่เหมือนกันสองเซลล์

เซลล์ตั้งต้นประสาท (Neural progenitor cells; NPC) → เซลล์ประสาท (neurone) +เซลล์ประสาท

2. การแบ่งตัวของเซลล์ที่เซลล์ลูกที่ได้แตกต่างกัน (Asymmetric Cell Division) เช่น

เซลล์ต้นกำเนิดประสาท (NSC) → เซลล์ต้นประสาท (NSC) + เซลล์ตั้งต้นประสาท (NPC)
เซลล์ตั้งต้นประสาท (NPC) → เซลล์ตั้งต้นประสาท + เซลล์ประสาท

ในกรณีของเซลล์ต้นกำเนิดประสาท (neural stem cells) ซึ่งเป็นเซลล์ต้นกำเนิดของระบบประสาท เซลล์ต้นกำเนิดประสาทสามารถแบ่งตัวสร้างเซลล์ตั้งตันของระบบประสาท (neural progenitor cells) ได้แก่ เซลล์ต้นต้นของเซลล์ประสาท (neuronal progenitor cells) ที่เป็นผู้ผลิตเซลล์ประสาท (neurone) และ เซลล์ตั้นต้นของเซลล์เกลีย (glial progenitor cells) ที่เป็นผู้ผลิตเซลล์แอสโทรไซต์ (astrocyte) และเซลล์โอลิโกเดนโดรไซต์ (oligodendrocyte)
โดยทั่วไปเป็นการยากที่จะระบุว่าเซลล์ใดเป็นเซลล์ต้นกำเนิดประสาทหรือเซลล์ตั้งตันของระบบประสาท (neural stem/progenitor cells) จึงมักเรียกกลุ่มเซลล์เกล่านี้เป็นชื่อรวมว่า neural precursor cells

ภาพประกอบด้านล่างแสดงการแบ่งตัวแบบต่างๆ