植物组织培养（plant tissue culture）的理论根据是植物细胞的全能性。但是，在一个完整的植株上，各部分的体细胞只能表现一定的形态，承担一定的功能，这是由于受具体器官或组织所在环境影响的缘故。
植物体的一部分一旦脱离原来所在的器官或组织，成为离体状态时，在一定的营养、激素等外界条件下，植物细胞就会脱分化、再分化，进而表现出全能性。在组织培养的过程中，外植体（指从植物体上切下来的离体器官或组织）会进行细胞分裂，形成新的组织。
不过，这种新生成的组织没有发生分化，细胞排列疏松且无规则，高度液泡化，是一团无定形的薄壁细胞，称为愈伤组织。这种原来已经分化，并且具有一定功能的体细胞（或性细胞），丧失了原有的结构和功能，又重新恢复了分裂功能，就叫做植物细胞的脱分化。
分化细胞脱分化后细胞结构有两点明显的变化：一是在细胞内出现液泡蛋白；二是叶绿体转变成原质体。不同植物种类的材料，脱分化的难易程度不同。一般说来，双子叶植物比单子叶植物和裸子植物脱分化容易，而与人类生活关系密切的禾本科植物脱分化则较难。将处于脱分化状态的愈伤组织移植到合适的培养基（分化培养基）上继续培养，愈伤组织就会重新进行分化，并形成具有根、茎、叶的完整植株。这个过程就叫植物细胞的再分化。