細胞形態（cell morphology）とも呼ばれる細胞の形状は、細胞骨格の配置と動作から形成されると考えられている[26]。細胞形態の研究における多くの進歩は、黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）、大腸菌（Escherichia coli）、枯草菌（Bacillus subtilis）のような単純な細菌の研究からもたらされた[27]。さまざまな細胞の形状が発見され、記述されてきたが、細胞がどのようにして、またなぜさまざまな形状を形成するのかは、まだほとんど解明されていない。確認されている細胞の形状は、桿菌、球菌、スピロヘータなどである[27]。球菌は円形、桿菌は細長い棒状、スピロヘータはらせん状である[26]。
真核細胞詳細は「真核生物」を参照典型的な動物細胞の模式図:(1)核小体（仁）、(2)細胞核、(3)リボソーム、(4)小胞、(5)粗面小胞体、(6)ゴルジ体、(7)微小管、(8)滑面小胞体、(9)ミトコンドリア、(10)液胞、(11)細胞質基質、(12)リソソーム、(13)中心体典型的な植物細胞の模式図: 動物細胞との違いは、濃い緑色で描かれている細胞壁（Cell wall）、紺色で示されている液胞（vacuole）、筋の入った緑色の紡錘形に見える葉緑体（Chloroplast）、核の左横に描かれた小さな球体である白色体（Leukoplast）のほか、細胞質分裂の後にも細胞壁の表面に残り、隣接する細胞と原形質を連絡する通路となる原形質連絡（Plasmodesmata）などである。

植物、動物、真菌類、粘菌類、原生動物、そして藻類はすべて真核生物（しんかくせいぶつ、英: Eukaryote）である。これらの細胞の幅は一般的な原核生物の約15倍で、体積は1,000倍にもなることがある。原核生物と比較した場合の真核生物の主な特徴は、区画化（英語版）、すなわち特定の活動を行う膜結合細胞小器官（区画）の存在である。その中でもっとも重要なものは細胞核（核）であり、細胞のDNAを収容する細胞小器官である[3]。この核が「真の核」（英: true kernel (nucleus)）を意味する真核生物という名前の由来である。そのほかに次のような違いがある。

細胞膜の機能は原核生物のそれと似ているが、その構造には若干の違いがある。細胞壁はあってもなくてもよい。

真核生物のDNAは、染色体と呼ばれる1本またはそれ以上の直鎖分子に組織化され、ヒストンタンパク質と結合している。染色体DNAはすべて、膜によって細胞質と隔てられた細胞核に保存されている[3]。DNAは、ミトコンドリアのような真核細胞小器官の中にも存在することがある。

多くの真核細胞は一次繊毛（英語版）で繊毛化されている。一次繊毛は、化学感覚、機械感覚（英語版）、温度感覚 (en:英語版) において重要な役割を果たしている。それぞれの繊毛は、「さまざまな細胞シグナル伝達経路を調整し、時には繊毛運動あるいは細胞の分裂や分化にシグナル伝達を結びつける、感覚細胞アンテナと見なすことができる[28]」。

運動性の真核生物は、運動毛（英語版）や鞭毛を使って移動することができる。針葉樹類や被子植物には運動細胞は存在しない[要出典]。真核生物の鞭毛は、原核生物のべん毛よりも複雑で[29]、細胞骨格の一種である微小管がタンパク質繊維で結びついたものである[30]。