بیش‌تر سلول‌های تخصص یافته‌ی انسان اگر آسیب سختی ببینند یا بیمار شوند، نمی‌توانند با فرایندهای طبیعی جایگزین بشوند. از سلول‌های بنیادی برای پدید آوردن سلول‌های تخصص یافته‌ی سالم و کارآمد می‌توان بهره گرفت و این سلول‌ها را جایگزین سلول‌های آسیب دیده یا بیمار کرد.

جایگزین کردن سلول‌های بیمار با سلول‌های سالم را سلول‌درمانی می‌نامند و مانند فرایند جایگزین کردن اندام است؛ البته، در این‌جا به جای اندام تنها از سلول‌ها بهره می‌گیرند. برخی بیماری‌ها و آسیب‌ها را می‌توان با جایگزین اندام سالمی درمان کرد، اما اندوخته‌ی اندام‌ها اهدایی بسیار اندک است. سلول‌های بنیادی می‌توانند سرچشمه‌ی جایگزین و نوشدنی از سلول‌های تخصص‌یافته باشند. به‌تازگی، پژوهشگران بهره‌گیری از سلول‌های بنیادی جنینی و بالغ را به عنوان خاستگاه گونه‌های سلولی تخصص‌یافته، مانند سلول‌های عصبی، سلول‌های ماهیچه‌ای، سلول‌های خون و سلول‌های پوست، برسی می‌کنند تا آن‌ها را برای درمان بیماری‌های گوناگون به کار برند.

برای مثال، در بیماری پارکینسون، سلول‌های بنیادی ممکن است برای پدیدآوردن گونه‌ی ویژه‌ای از سلول‌ها عصبی، سلول‌هایی که دوپامین آزاد می‌کنند، به کار آیند. اکنون در میدان نظر، این سلول‌های عصبی را می‌توان در بدن بیمار کار گذاشت و آن‌ها در آن‌جا شبکه‌ی عصبی را در بخش آسیب‌دیده از نو سیم‌کشی خواهند کرد و کارکرد آن بخش را به آن بازمی‌گردانند و بنابراین، بیمار را درمان می‌کنند.