1907年，美国学者R·G·哈里森第一次把神经细胞在体外培养成活。1956年，美国学者T·T·帕克使单个哺乳动物体细胞在体外培养的条件下分裂增殖成功，首次提供了用微生物学方法在严格控制的条件下进行体细胞遗传学研究的材料，简化了体外获得高等动物体细胞克隆的程序，把体细胞遗传学的研究推进到一个新的阶段。20世纪60年代初，法国学者G·巴斯基等发现体外培养的小鼠细胞能自发融合，以后，日本学者冈田善雄又发现经紫外线灭活的仙台病毒可促进细胞融合。在此后的几年里体细胞遗传学的研究相继取得三项重大进展：①引进了不能合成某些酶的隐性突变细胞株作为细胞融合的亲本；在混合两种不同的隐性突变细胞时，只有发生了融合的细胞才能由于两个突变型细胞的功能上的互补而呈现出野生型特性，进而可用各种选择技术把这些融合细胞从大量未融合的细胞群体中筛选出来；②在获得包含不同物种细胞核的种间异核细胞以后，又获得了体外培养条件下能分裂增殖的合核细胞，即由不同物种的细胞核融合成为一个细胞核的杂种细胞；③发现两个物种的细胞融合后，杂种细胞在分裂过程中总是连续地排斥其中一个物种的染色体。例如小鼠细胞与人体细胞形成的杂种细胞在分裂过程中倾向于不断地排斥人的染色体。在上述三个发现的基础上，迅速地开展了人的基因定位工作、正常体细胞与肿瘤细胞的杂种细胞的致瘤性的研究以及细胞核、细胞质与某些染色体之间的关系的研究。1975年，阿根廷学者C·米尔斯坦等把能产生大量异常免疫球蛋白的小鼠骨髓瘤细胞与经过特定抗原免疫的小鼠脾脏淋巴细胞进行体细胞杂交，从杂种骨髓瘤细胞中得到了产生单克隆抗体的细胞株，大大地提高了抗体的纯度，对免疫学和医学的研究产生了重大影响。
此外，还采用各种方法在体细胞之间转移遗传物质，以便观察外源基因在宿主细胞中的命运。1967年第一次以微生物转化方法将田鼠黑色素瘤细胞中的脱氧核糖核酸（简称DNA）转化体外培养的非黑色素细胞，使之成为能产生黑色素的细胞并增殖为克隆。20世纪70年代中又陆续发展出一些新技术，如制备出微细胞、脂质体和血影细胞等载体，把若干条染色体、染色体片段或长度不等的DNA分子引入受体细胞；或者通过显微注射把DNA分子直接注入受体细胞的核内，最后使这些引入的外源遗传物质在受体细胞中表达，从而大大推进了有关真核生物的基因结构和功能以及基因调控方面的研究。
植物的体细胞遗传学研究工作是在植物组织培养的基础上发展起来的。1934年英国学者P·R·怀特以番茄根为材料建成了第一个能活跃生长的细胞无性繁殖系。以后的发展主要是关于培养物的组织分化和细胞融合两个方面。1956年R·A·米勒发现了激动素，并且在含有一定浓度的激动素和生长素的培养基上使离体培养的组织发生器官分化。已有200多个种属植物组织培养中的细胞，相继被诱导分化为植株。
20世纪60年代初期，E·C·科金等应用纤维素酶分离植物原生质体获得成功。1972年·S·卡尔森通过选择性筛选方法，获得由无性杂种细胞分化而成的双二倍体烟草植株。20世纪70年代以来，在对突变型细胞株的筛选、外源遗传物质导入和高等植物细胞中质粒的研究等方面也和动物体细胞遗传学一样得到了广泛地开展。特别是因为植物细胞具有全能性，能够由单个细胞长成植株，所以植物体细胞遗传学研究除了在阐明植物的器官分化及形态建成等方面的价值外，也对育种工作具有重要意义。
