這方面的研究，在相當程度上受到其他學科的推動，根據各學科的影響大致地可以劃分幾個階段，當然這些階段不可能截然分開。
胚胎學的影響 對細胞功能，不能像研究結構那樣，在一團組織里找一個細胞作為研究對象。卵子是一個細胞，在無法得到單個的細胞進行研究的年代，利用它是極為方便的材料。既然用卵子，研究它各部分的作用當然要根據對發育中的影響來判斷。這涉及胚胎學問題。但是如果用雜交研究異種精核的功能，則需要根據異種性狀的出現來判斷，這就涉及到遺傳的問題。早期在這方面的工作基本上是由胚胎學家進行的，其特點是綜合性的研究，不是單純地從細胞的角度研究卵子，而是拿卵子作為細胞來研究與發育、遺傳等有關的問題。一些重大的問題都已勾劃出來，因而在學術思想上對以后有深刻的影響。 O.赫特維希和R.von赫特維希弟兄1887年用海膽作材料，首先看到活的卵子的受精，并且對受精進行了實驗分析。如果分別地考慮細胞質和細胞核在發育中的作用，則T.H.博韋里對在馬蛔蟲中發現的染色質消減的現象的分析，證明影響消減的因素存在于細胞質中。此外，對卵裂球予以編號，以追蹤每一裂球的來龍去脈的細胞譜系工作，關于卵黃含量不同的各種卵子其卵裂類型的研究，都指出卵子中細胞質的分布，影響紡錘體的方向，決定卵裂面的形成，決定卵裂類型。不僅如此，在一些特別適宜的卵子還可看到形成各種器官的物質在卵子中已經有了布局，卵裂之后各個裂球與將要形成的器官有一定的對應性。所有這些都提示，細胞核在遺傳潛能上是等同的，只是在以后的發育中，通過細胞質或細胞間的相互作用才受到不同的調節。
對于細胞核的作用也有了充分的估價。1887年德國實驗胚胎學家T.H.博韋里使海膽卵子被兩個精子受精，根據染色體在各個卵裂球中的分配以及各個卵裂球的發育情況，認為各個染色體有質的不同，染色體是有個性的。利用海膽卵子，T.H.摩爾根1896年完成了人工孤雌生殖──卵子不經受精也可發育。使不具細胞核的卵塊受精或用異種精子受精，研究細胞質及細胞核各自在發育中的作用，觀察到所產生的幼蟲都顯示父方的特征。這些都說明細胞核的重要性。總括當時的成就，1883年德國胚胎學家W.魯曾經表達這樣的設想：“不僅染色體，而且每一染色體的各個部分，對于決定個體的發育、生理和形態可能都是重要的。”1887年德國動物學家A.魏斯曼提出種質的假說。雖然這個假說被后來的實驗研究推翻了，但是在假說中提出的決定子與后來的基因之間是有某些思想上的聯系可尋的。
除去學術思想方面的影響，為解決胚胎學的問題，還為細胞學提供了重要的實驗方法，這就是組織培養。美國胚胎學家R.G.哈里森在1907年為了研究神經纖維的生長創立了體外培養的方法，后來被美國生理學家A.卡雷爾接過去，發展成專門的技術。30年代之后越來越顯示出它的重要性，到今天，不僅是研究活細胞的各方面，甚至對許多其他學科來講也是必不可缺的技術。
遺傳學的影響 1900年重新發現G.J.孟德爾的研究成就后，遺傳學研究有力地推動了細胞學的進展。美國遺傳學家和胚胎學家T.H.摩爾根研究果蠅的遺傳，發現偶爾出現的白眼個體總是雄性；結合已有的、關于性染色體的知識，解釋了白眼雄性的出現，開始從細胞解釋遺傳現象，遺傳因子可能位于染色體上。細胞學和遺傳學聯系起來，從遺傳學得到定量的和生理的概念，從細胞學得到定性的、物質的和敘述的概念，逐步產生出細胞遺傳學。
1920年美國細胞學家W.S.薩頓進一步指出遺傳因子和染色體行為間的平行現象，必然意味著遺傳因子位于染色體上，并且提到，如果兩對因子位于同一染色體上，它們可能按照，也可能不按照孟德爾規律遺傳，預示了連鎖的概念，加深了關于成熟分裂尤其是關于染色體配對、染色體交換的研究。
此外，發現了輻射現象（X射線、鐳輻射、紫外線）、溫度能夠引起果蠅突變之后，因突變的頻率很高更有利于染色體的實驗研究。輻射之后引起的各種突變，包括基因的移位、倒位及缺失等都可在染色體中找到依據。利用突變型與野生型雜交，并且對其后代進行統計處理，可以推算出染色體的基因排列圖。
多線染色體的發現則打開了染色體研究的新途徑。在斷定了多線染色體就是加粗的，已配對的染色體之后，一方面對它的結構進行細致的研究，發現了染色線上的染色粒，許多相鄰的染色粒聚集成帶區，染色線雖然不易看清楚，但是如果染色適宜或是在紫外光下可以看到它們不是筆直平行排列，而是很疏松的螺旋狀。另一方面可以把根據連鎖群推算出來的染色體上的基因排列圖利用所謂的唾腺方法和形態學的染色體圖吻合起來；雜交實驗和細胞的形態學觀察可以完善地互相印證，可以在多線染色體上更具體地確切地看到基因排列的情況，每個帶區實際上不只含有一個基因。不僅如此，有些突變是由于基因的位置效應例如棒眼突變型(bar-eye) 就是先在多線染色體上取得證據的。
在尋找遺傳的物質基礎的推動下，染色體的研究在面上鋪展開了，不僅用于遺傳研究的材料，許多其他動、植物物種（有人統計大約有12000種維管植物和500多種哺乳動物）的細胞分裂（減數分裂）、染色體行為、染色體圖譜都被研究過。同一屬中的物種，染色體的數目往往是一致的；但是同一科中的物種或者數目不等，或者這一屬的是另一屬的倍數（多倍性）。同一個體的各個染色體，粗看似乎無大差別，但是仔細檢查是有不同的，因此可以精確說出一個物種的染色體的數目、形狀以及各個染色體的大小，并且能夠把它們編號排隊。可以比較親緣關系較近的不同物種的染色體，由此尋找物種的進化關系；核型的研究指出相近的物種，其染色體數目可能完全一致，但是也可能出現十分明顯的差別，在后一種情況經過仔細研究總可找出原始形式，和由此派生出的各種形式。在植物已經知道有三種突變：多倍性、一個染色體斷裂成幾個小的或者相反的幾個小染色體集裝成一個大的以及某對染色體的倍增。這三種突變有時會和亞種及種的形成有關。此外，植物的多倍性的研究導致使用各種方法，例如化學物質、溫度、輻射等誘導多倍性的產生，在某些植物已經獲得應用的價值。
廣泛開展的性染色體形態的研究，也為雌雄性別的決定找到細胞學的基礎。有的動物是XX、XY型，有的是ZZ、ZW型。
細胞生理學的影響 ，
在這個階段用實驗方法研究細胞其他部分的功能，沒有得到使人滿意的結果。用顯微鏡觀察不到細胞膜，只能根據細胞質與外界的物質交換判斷它的存在，以及某些物質的通透，借以判斷它的某些功能。由于一般地說來脂溶性的物質易于進入細胞，曾經推測細胞膜可能由脂類或者脂類的小孔組成。也曾由于分子量不同的物質進入細胞的難易不同──分子量越大越難進入；推測細胞膜像是一個過濾層，它的小孔阻止大分子進入細胞。此外，曾根據電解質，例如陽性離子和陰性離子對細胞的通透，以及細胞環境的酸度可以影響、以致改變陽性和陰性離子的通透，提出電荷假說以解釋細胞的通透性這一極其復雜的過程。至于對于固體顆粒的吞噬作用，通過模擬實驗，例如變形蟲對氯仿滴的吞噬，認為這是由于細胞對異物的表面比對周圍環境有更大的粘著性，通過粘著引起細胞膜表面張力的局部變化以致異物被吞入。
上述這些設想，即使在那時看來，在通透性方面細胞膜都是被動的；但是細胞還能夠逆著擴散梯度或濃度梯度主動地攝入或排出某些物質。因此也曾設想，細胞膜中可能存在著需要能量的過程，它們對于這些過程有重大意義，但當時還沒有資料。
那時對細胞呼吸的理解主要局限于食物經過各種酶的作用產生出熱量。由于知道了在這過程中的幾種酶，例如某些脫氫酶、氧化酶、細胞色素a、c、b等，因而了解到食物在細胞中的燃燒不是通過一次突然的氧化把全部能量以熱的形式釋放出去，而是逐漸地通過一個個小的階段，一步步地獲得并且利用少量的能量。這種過程由于許多種酶作為轉移氧、接受氫、氧化還原體系等加入到總的呼吸過程中才能夠進行下去，并且得到微細的調節。
其他學科的影響 在20世紀40年代初期，其他學科的技術方法相繼被用于細胞學的研究，開辟了新的局面，形成了一些新的領域。首先是電子顯微鏡的應用產生了超顯微形態學。
比利時動物學家J.布拉謝從胚胎學的問題出發，利用專一的染色方法(Unna，Feulgen)研究核酸在發育中的意義。差不多與此同時，瑞典生化學家T.O.卡斯珀松根據各種物質對一定波長的吸收，創建了紫外線細胞分光光度計，來檢測蛋白質、DNA和RNA這些物質在細胞中的存在。如果說，前者根據染色可以做到定性，后者則根據吸收可以做到定量。實質上是他們的工作引起人們對核酸在細胞生長和分化中的作用的重視。在他們工作的基礎上發展起了細胞化學，研究細胞的化學組成，可以和形態學的研究相互補充，對細胞結構增加一些了解。
用多線染色體進行分析，在紫外光下拍照表明染色粒以及核仁含有DNA，相反地染色線只含很少，或者甚至沒有。用蛋白酶（可能不純）消化可以使它們溶解，因此曾誤認為染色線是蛋白質構成的。除此而外，還可根據紫外吸收光譜精確測定染色體段落（常染色質和異染色質）某些氨基酸的百分比。常染色質的段落似乎含有較多高分子量的球蛋白類型的蛋白質，而異染色質段落則含有較多低分子量的組蛋白類型的蛋白質。