基础营养物质包括单糖、氨基酸、维生素、细胞生长因子、激素类物质、大量元素、微量元素、水等。

（一）碳水化合物

碳水化合物是细胞生长主要能量来源，其中有的是合成蛋白质和核酸的成分。主要有葡萄糖、核糖、脱氧核糖、丙酮酸钠和醋酸等。
细胞营养物质中的单糖主要是六碳糖，是细胞主要的能源来源，可维持细胞的渗透压。

（二）氨基酸

维持细胞的体外生存需要必需氨基酸和某些细胞不能合成的非必需氨基酸，都是L-氨基酸。

氨基酸的浓度通常限制着细胞生长所能达到的最大密度或浓度，影响细胞存活和生长的比例。

在营养组成上，一般不少于12种氨基酸，如精氨酸、胱氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸、组氨酸、酪氨酸、缬氨酸。

另外，谷氨酰胺需量最大，是细胞合成核酸和蛋白质时所必需的氨基酸，在培养环境的半衰期比较短，缺乏时细胞生长不良。虽然有些细胞系可以利用谷氨酸盐，但大多数细胞需要谷氨酰胺，后者可作为细胞能源和碳源被利用。Invitrogen公司的Glutamax是一种丙谷氨酰基谷氨酰胺二肽，在培养液中比谷氨酰胺更稳定。

单细胞培养或细胞量少时，所需氨基酸的种类和量增多。

（三）维生素

维生素是维持细胞生长的生物活性物质，在细胞代谢中起调节及控制作用。在细胞培养中，尽管血清是维生素的重要来源，但是许多培养基中添加了各种维生素以适合更多的细胞系生长繁殖，其中，多数培养基至少添加了B族维生素和维生素C。对于多细胞动物或人体不是必需的维生素如B族的胆碱和肌醇，在细胞培养中则是必需添加的，尤其无血清培养基中的添加量更多。

许多维生素参与构成各种酶的活性基团的成分，没有它们，酶便没有活性，代谢活动将无法进行。维生素A是细胞合成糖蛋白时寡糖基的载体，对上皮细胞有重要的维护作用。维生素D参与调节钙的吸收。维生素E是抗氧剂，可防止组成生物膜的磷脂中不饱和脂肪酸被氧化。维生素K缺乏会引起低凝血酶原及凝血时间延长。叶酸是合成四氢叶酸的重要原料，四氢叶酸在核酸的生物合成和蛋白质的生物合成过程中起重要作用。生物素是一些特异梭化酶的组成部分，参与糖代谢和脂肪酸的合成过程。

（四）细胞生长因子

促生长因子、激素类物质，如活性多肽、氨基酸衍生物、核苷酸衍全物等。

（五）无机盐

与多细胞机体一样，细胞的生长繁殖也需要生物元素组成中特征的25种元素。也可区分大量元素和微量元素。常量元素11种，包括C、H、O、N、P、S、Ca、K、Na、Mg、Cl。微量元素14种，包括Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo、Se、Cr、Ni、Si、Sn、V、F、I。

盐类主要包括Na+、K+、Mg2+、Cl-、SO2-4、Ca2+、PO3-4和HCO3-等基本的无机离子，都是细胞组成所必需，并参与细胞的代谢过程。培养液中无机盐的主要功能是帮助细胞维持渗透压平衡。此外，通过提供Na+、K+、Ca2＋离子，调节细胞膜的选择通透性。

培养液的渗透压是一个非常重要的因素，细胞通常可耐受260-320mOsm/kg的渗透压。标准培养液的渗透压即参照此范围设计。特别注意的是，向培养液中添加其他组分有可能会明显改变培养液的渗透压，特别是溶于强酸或强碱中的物质。Na+是细胞外液中最主要的阳离子，对维持渗透压的恒定有决定性的作用。

K+主要分布在细胞内液，细胞内K+的对于激活某些酶是必需的，它在调节细胞内环境的酸碱平衡也有极重要意义。Ca2+在细胞外液中的作用是将组织内部细胞之间相互黏着，在细胞内参与许多重要的细胞生理活动，如传导、参与肌肉细胞收缩等。Mg2＋是构成细胞间质的重要成分，对于细胞间相互稳定结合有很重要的意义。磷的化合物对细胞物质代谢和生理功能调控的功用是十分广泛而不可缺少。

（六）水

水是构成细胞的主要成分，也是细胞的生存环境。

体外细胞培养中，水的形式主要是各种细胞培养用液的配制用水。为了避免细胞毒性物质如二价离子和不明有机物的影响，培养用液的配制务必使用高纯度的水，如三蒸水、亚沸水、高纯水或超纯水。