早在17世纪，显微镜刚刚问世的时候，物理学家胡克就在植物切片中发现了一种蜂窝状的结构。它布满了气孔，而且看起来，植物的微观结构中除了由大大小小的小盒子围成的气孔外，什么也没有。胡克将这些小盒子命名为细胞（cell，意思是“小室”），这是细胞一词的第一次出现。
与胡克同时或以后，其他生物学家进一步发现细胞内部并非空洞的气孔，而是充满了柔软组织。18世纪，生物的显微研究未取得什么新的成就，虽然许多显微镜爱好者在显微技术方面有所突破。这个世纪，生物学家热心关注着博物学的分类学研究，对生物微观的实验研究有所忽视。
复式显微镜的放大率提高到一定程度后，其色差和球面像差越来越厉害，以致根本搞不清图像所显现的是真是假。到了19世纪，从光学方面消除色差和球面差的技术有了发展，为考察动植物的微观结构准备了技术条件。当然，光学技术只是一个方面。事实上，英国植物学家布朗只利用单显微镜（单个镜片的放大镜）就发现了花粉颗粒的布朗运动，而且发现了细胞里面的细胞核。细胞核（nucleolus）这个名字是1831年布朗起的，来自拉丁语，原意是“小坚果仁”。
到了19世纪30年代，人们已经在植物细胞中普遍发现了细胞核，而且在动物体内也发现了细胞。但是各种细胞很不一样，名称也很多，作为生命组织基本构成单位的统一的细胞概念尚未建立。这个时期盛行的德国自然哲学，倾向于在有机生命界寻找共同的基本单位即所谓的生命“原型”。自然哲学学派著名的代表人物、博物学家奥肯推测生命起始于一种原始的黏液，这种黏液产生出球状小泡，它就是生命的基本单位。自然哲学的推测往往缺乏实验根据，但它激励人们去从事生命基本结构单位的研究。
细胞的存在已是众所周知的事实，但人们对它的内在结构和功能以及在生物体中所处的地位还不太清楚。细胞学说最终是由德国植物学家施莱登和动物学家施旺完成的。施莱登早年学的是法律，在汉堡做过一段律师，但他很不喜欢这个工作，几乎自杀。1831年，他决定改行在哥廷根大学和柏林大学学习植物学和医学，并且很快发现这个工作有巨大的乐趣。当时的植物学仍然在进行分类再分类的工作，施莱登认为这些工作意义不大，属于业余消遣，并不是真正的植物学。他认为，真正的植物学应当去研究植物的结构，从而发现植物生长的规律。
1838年，施莱登发表了《植物发生论》一文，重提布朗关于细胞核的发现，并认为细胞核是植物中普遍存在的基本构造。他提出，无论怎样复杂的植物体，都是由细胞组成的。细胞不仅自己是一种独立的生命，而且作为植物体生命的一部分维持着整个植物体的生命。施莱登还推测，细胞核是细胞的母体，因此在细胞的形成过程中，首先形成的是细胞核。
将细胞学说推广到动物界，从而给出最一般的细胞学说的是施旺。施旺早年学医，是著名德国生理学家缪勒的得意门生。还在学生时代，他就发现了胃蛋白酶，知道它是胃酸消化食物的主要助手。他也反对生命的自然发生说，认为任何生物表面看起来是自然发生的，其实是从更微小的生物体发育而来。他这个观点在当时受到嘲笑，直到巴斯德的工作出现后才被人们公认。施莱登的论文发表之后，缪勒提醒施旺注意细胞学说的重要意义。与施莱登的会面使施旺猛然想起了自己从前在脊索动物标本中发现过类似的有核单位，便意识到也许在植物体中起着基本作用的细胞，在动物体内也有着相同的作用。
动物体比植物体远为复杂，类似细胞的东西已经被前人发现过，但彼此的差别胜过相似性。而且由于动物细胞的透明性，在显微镜下往往很难看到它们。施旺首先注意到动物体内的细胞核是普遍存在的，因而以有无细胞核作为有无细胞的判据。1839年，他发表了题为《动植物结构和生长的相似性的显微研究》的论文，指出一切动物组织，无论彼此如何不同，均由细胞组成。他写道：“我们已经推倒了分隔动植物界的巨大屏障，发现了基本结构的统一性。”他认为，所有的细胞无论植物细胞还是动物细胞，均由细胞膜、细胞质、细胞核组成。这样，他就建立了生物学中统一的细胞学说。
施莱登和施旺均探讨过细胞的发育过程。他们相信，既然所有的生命组织在结构上均由细胞组成，那么所有的生命在发生学上也应该从细胞开始。他们都正确地认识到组织的发育是通过细胞的增殖进行的，但他们均错误地认为，原始细胞是通过类似结晶的过程在原始母液中产生的，新细胞也是在细胞质中以类似的方式形成的。这种看法后来被修正。人们很快认识到，新细胞是原有细胞核分裂的结果。
细胞学说一旦确立，马上在生命科学中显示出生命力。其最显著的成就是德国生物学家微耳和在此基础上建立的细胞病理学，为现代医学奠定了基础。微耳和早年在缪勒指导下学习医学，于1843年获得柏林大学的博士学位，1845年发表了有关白血病的研究论文，这是历史上对该病的第一次系统研究。他是一位很有社会道德感和正义感的年轻人。1847年至1848年，他被派去调查西里西亚工业区正流行的斑疹伤寒，深为亲眼看见的卫生条件之恶劣所震惊。在调查报告中，他严厉谴责了政府的失职。为此，他被柏林大学解除了职务，直到1856年才又回到那里任病理解剖学教授。
微耳和认识到细胞学说可以用来说明疾病现象，因为疾病组织的细胞是由健康组织的细胞慢慢演变而来的。由此，他开创了细胞病理学这门学科。他还发现，细胞并不能由原生黏液自然形成，相反，所有的细胞似乎都是从已有细胞分裂而来。微耳和将之概括为一句名言：“一切细胞来自细胞。”这里暗含着“一切生命均来自生命”的信念。事实上，他一贯坚定地反对生命的自然发生说。这一点很快被巴斯德着力强调，虽然他们两人的观点也有若干分歧。
微耳和是一位自由主义人士，也是社会改革的倡导者。他一直是德国政界一位活跃的人物，也是一位热心社会公益事业的社会活动家。在他的努力下，柏林市改进了供水系统和排污系统，大大消除了许多流行病的传染。他还负责建立了第一批列车医院和军用医院。他亲自创建了柏林人类学、人种学和史前考古学学会，以及柏林人类文化博物馆和民俗学博物馆。但他反对达尔文的进化论，海克尔曾与他针锋相对地发生过争论。
