정자와 난자가 결합해 수정란이 되면 세포 분화가 시작된다. 세포가 4~5일 분화를 계속하면 100여 개의 세포 덩어리가 되는데, 이를 배반포기(胚盤胞期)라고 한다. 이때의 배반포기 안쪽에는 장차 각종 장기로 자랄 내부 세포 덩어리가 있다.
배반포기의 수정란은 몸의 어느 부위로 발달할지 정해지지 않은 상태다. 배반포기 단계의 줄기세포를 '복수분화(pluripotent) 줄기세포'라고 부른다.
반면 복수분화 줄기세포보다 분화 가능성이 큰 '완전분화 줄기세포'는 임신 초기 며칠 동안만 유지된다. 완전분화 줄기세포와 복수분화 줄기세포처럼 수정란의 발생 초기에 생기는 세포를 '배아 줄기세포'라고 한다.
