Podstawową cechą określającą działanie komórek macierzystych jest ich umiejętne przekształcanie się w inne typy komórek. Zdolność takiej transformacji jest różna, a to z kolei jest jednym z kryteriów ich klasyfikacji. Względem tego wyznacznika wyróżnia się więc komórki macierzyste totipotencjalne, pluripotencjalne, multipotencjalne oraz komórki macierzyste unipotencjalne. Komórki macierzyste pierwszego rodzaju mają zdolność transformacji do każdego typu innych komórek. Tą grupę komórek macierzystych tworzą zygoty (komórki będące wynikiem zapłodnienia). Komórki te uważa się za najbardziej pierwotne a ich zdolności umożliwiają odtworzenia nawet całego organizmu. Komórki macierzyste pluripotencjalne różnią się tym, że nie mogą powrócić w stan komórek totipotencjalnych. W przypadku komórek multipotencjalnych istnieje możliwość przekształcenia we wszystkie typy komórek w obrębie danego listka zarodkowego. Z kolei komórki macierzyste multipotencjalne mają najmniejsze możliwości, gdyż transformują się do jednego typu dojrzałych komórek.