Znanstvenici za matične stanice provode znanstvena istraživanja o matičnim stanicama kako bi ih bolje razumjeli i istražili njihov potencijal za različite zdravstvene i medicinske svrhe. Nalazi se u većini višestaničnih organizama, matične stanice imaju izvanredne sposobnosti pomlađivanja koje im omogućuju obnovu cjelokupnog tjelesnog tkiva ili određenih specifičnih tkiva u tijelu. Matične stanice koje mogu proizvesti cjelokupna tjelesna tkiva nazivaju se embrionalne matične stanice i nalaze se u unutarnjoj masi blastociste; blastocista je embrij u ranoj fazi. Druga vrsta matičnih stanica su odrasle matične stanice, nazvane tako da se razlikuju od embrionalnih; zapravo se javljaju u cijelom tijelu kod odraslih i djece.
Embrionalne matične stanice su pluripotentne, a odrasle matične stanice su multipotentne. Pluripotencija znači da su embrionalne stanice sposobne za beskonačnu diobu stanica i da još uvijek mogu ostati nediferencirane. Sposobni su formirati sve vrste tjelesnog tkiva, osim posteljice. Multipotentne odrasle matične stanice, s druge strane, nisu toliko svestrane i mogu formirati samo određene vrste tkiva, obično samo vrstu u kojoj se nalaze. Odrasle matične stanice djeluju kao kompleti za popravak tijela, obnavljajući specijalizirane stanice svaki put kada su potrebne.
Budući da su matične stanice sposobne za regeneraciju, one nude velike mogućnosti u medicinskim istraživanjima. Mogu se koristiti za popravak oštećenog tkiva i zamjenu oštećenih organa, te liječenje raznih stanja poput leukemije, multiple skleroze, cistične fibroze, bolesti motornih neurona i osteoporoze. Znanstvenici za matične stanice postigli su određeni uspjeh u tim nastojanjima, ali još je potrebno puno više istraživanja matičnih stanica.
Dva su značajna problema u korištenju matičnih stanica u liječenju. Prvo, postoji vjerojatnost da će tijelo potpuno odbaciti novonastala tkiva i organe, ili pak nužnost trajnog uzimanja lijekova za suzbijanje imuniteta kako bi se izbjeglo imunološko odbacivanje. Drugo, znanstvenici za matične stanice još nisu u stanju kontrolirati ili predvidjeti način na koji se transplantacija matičnih stanica može podijeliti u tijelu pacijenta. Bilo je slučajeva da se matične stanice nekontrolirano dijele, što je dovelo do kancerogenih tumora.
Dok se ovaj problem još uvijek proučava u istraživačkom laboratoriju, prvi se problem može riješiti terapijskim kloniranjem. U ovom slučaju, znanstvenici matičnih stanica uzimaju DNK od pacijenta, ubrizgavaju je u jajnu stanicu donora i potiču jaje da se podijeli i formira blastocistu. Zatim se iz ove blastociste uzimaju matične stanice i te će matične stanice imati isti DNK kao i pacijent. Kao rezultat toga, pacijentovo tijelo će vjerojatno prihvatiti tkiva izrasla iz ovih matičnih stanica, a također može biti nepotrebno ovdje uzimati lijekove za suzbijanje imuniteta.
Drugo područje koje znanstvenici matičnih stanica istražuju je reproduktivno kloniranje. Do sada su uspješno klonirane ovce, goveda, psi i druge životinje, a sljedeći očiti korak je kloniranje ljudi. Ovo istraživanje pretvorilo se u minsko polje kontroverzi, s pristašama koji su promicali svijetle nove mogućnosti u medicinskim istraživanjima, a protivnici su osuđivali ono što vide kao devalvaciju ljudskog života. Debata je još uvijek u tijeku i utjecala je na politiku matičnih stanica u zemljama diljem svijeta. Mnoge su zemlje ili potpuno zabranile kloniranje ljudi ili su nametnule određena stroga ograničenja na istraživanje matičnih stanica.