เซลล์ต้นกำเนิด หรือ เซลล์ต้นตอ (อังกฤษ: stem cell) เป็นเซลล์ไม่จำเพาะซึ่งสามารถเจริญ (differentiate) ไปเป็นเซลล์ที่ทำหน้าที่เฉพาะและสามารถแบ่งตัวแบบไมโทซิสเพื่อสร้างเซลล์ต้นกำเนิดเพิ่มได้ เซลล์ต้นกำเนิดพบในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม แบ่งเซลล์ต้นกำเนิดออกกว้าง ๆ ได้เป็นสองชนิด คือ เซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อน (embryonic stem cell) ซึ่งแยกจากมวลเซลล์ชั้นในของตัวอ่อนระยะบลาสโตซิสท์ (blastocyst) และเซลล์ต้นกำเนิดเต็มวัย (adult stem cell) ซึ่งพบในเนื้อเยื่อหลายชนิด ในสิ่งมีชีวิตเต็มวัย เซลล์ต้นกำเนิดและโปรเจนิเตอร์เซลล์ (progenitor cell) ทำหน้าที่เป็นระบบซ่อมแซมของร่างกาย โดยทดแทนเนื้อเยื่อเต็มวัย ในตัวอ่อนที่กำลังเจริญ เซลล์ต้นกำเนิดสามารถเจริญไปเป็นเซลล์ที่ทำหน้าที่เฉพาะได้ทุกชนิด ทั้งเอ็กโทเดิร์ม เอ็นโดเดิร์มและเมโซเดิร์ม ทว่า ยังคงการหมุนเวียนปกติของอวัยวะที่สร้างใหม่ได้ (normal turnover of regenerative organ) เช่น เลือด ผิวหนังและเนื้อเยื่อลำไส้ได้อีกด้วยแหล่งที่เข้าถึงได้ของเซลล์ต้นกำเนิดเต็มวัยตัวเอง (autologous) ในมนุษย์มีสามแหล่ง คือเซลล์ต้นกำเนิดยังได้มาจากเลือดสายสะดือไม่นานหลังคลอด ในบรรดาเซลล์ต้นกำเนิดทุกชนิด การเก็บจากตัวเองมีความเสี่ยงน้อยที่สุด ตามนิยาม คือ เก็บเซลล์จากร่างกายของตนเอง แบบเดียวกับที่เก็บสำรองเลือดของตนไว้ตามกระบวนการผ่าตัดแบบไม่เร่งด่วนเซลล์ต้นกำเนิดเต็มวัยใช้ในการรักษาทางการแพทย์บ่อยครั้ง ตัวอย่างเช่นในการปลูกถ่ายไขกระดูก ปัจจุบัน มนุษย์สามารถเพาะเลี้ยงเซลล์ต้นกำเนิดได้และให้เจริญเปลี่ยนเป็นเซลล์ที่ทำหน้าที่เฉพาะโดยมีคุณสมบัติเข้ากันกับเซลล์ของเนื้อเยื่อหลายชนิด อย่างกล้ามเนื้อหรือเส้นประสาท มีการเสนอว่าเซลล์ไลน์ตัวอ่อนและเซลล์ต้นกำเนิดตัวอ่อนของตนเองที่ถูกสร้างผ่านการโคลนเพื่อการรักษาเป็นทางเลือกที่มีโอกาสสำหรับการรักษาในอนาคต[1] การวิจัยเรื่องเซลล์ต้นกำเนิดมีที่มาจากการค้นพบโดย Ernest A. McCulloch และ James E. Till แห่งมหาวิทยาลัยโตรอนโตในคริสต์ทศวรรษ 1960[2][3]