胚胎干細胞為球狀,人胚胎干細胞直徑約為14μm,而鼠胚胎干細胞直徑約為8μm。胚胎干細胞的細胞核一般較大,核仁明顯,而細胞質相對較少。人和小鼠的胚胎干細胞都能在培養皿上形成圓形、邊界清晰、表面光滑的細胞集落。