Изучение клетки связано с открытием и использованием микроскопа и улучшением техники микроскопирования. Сама клетка, точнее клеточная оболочка, была открыта в XVII веке английским физиком Р. Гуком. Рассматривая под микроскопом тонкий срез пробки, Гук обнаружил, что она состоит из ячеек, разделенных перегородками. Эти ячейки он назвал клетками. Долгое время главной частью клетки считали ее оболочку.н. грюи М. Мальпиги (1671), изучая анатомию растений, также обнаружили мельчайшие ячейки, называемые клеткой. Впервые под микроскопом некоторые клетки животных организмов рассмотрел А. Левенгук (1674). Однако уровень знаний о клетке, достигнутый в XVII в., существенно не менялся до начала XIX в. И лишь спустя 200 лет стало ясно: главное в клетке — не стейка, а внутреннее содержимое. В дальнейшем, по мере усовершенствования микроскопа и техники микроскопирования накапливались и сведения о клетках животных и растений. На их основе складывались представления о клеточной организации всего органического мира. В 1883 г. Английский ботаник Роберт Браун показал, что обязательным компонентом клетки является ядро. Опираясь на эти данные и собственные исследования, немецкий ботаник М. Шлейден сделал важный вывод о клеточной организации растений. Зоолог Т. Шванн на основе исследований зоологических объектов и данных его предшественников в 1838 г. Утвердил важнейшее достижение теоретической биологии: клетка является элементарной единицей строения и развития всех растительных и животных организмов. Впоследствии клеточная теория была многократно проверена и дополнена многими новыми фактами. Немецкий врач Р. Вирхов доказал, что вне теток нет жизни, что главная составная часть клетки — ядро. Академик Российской АН Карл Бэр открыл яйцеклетку млекопитающих и установил, что все организмы начинают свое развитие из одной клетки. Открытие К. Бэра показало, что клетка не только единица строения, но и единица развития всех живых организмов. Дальнейшее совершенствование микроскопической техники, создание электронного микроскопа и методов молекулярной биологии позволили глубже проникнуть в изучение клетки, познать ее сложную структуру и многообразие протекающих в ней биохимических процессов. В настоящее время основные положения клеточной теории формулируются следующим образом: клетка является структурой и функциональной единицей, а также единицей развития всех живых организмов; клетке присуще мембранное строение; ядро — главная составная часть клетки; клетки размножаются только делением; клеточное строение — свидетельство того, что растения и животные имеют единое происхождение. С клеточной теорией тесно связано возникновение и развитие цитологии (от греч. «цитос» — клетка) — науки о строении, составе и функциях клетки; цитогенетики — науки о передаче наследственности на клеточном уровне. Последующие успехи цитологии и цитогенетики также были связаны с методами исследования: использованием светового микроскопа и метода окрашивания цитологических препаратов, фиксирования с помощью отдельных веществ (спирта, формалина), а также замораживания, высушивания. Большим шагом вперед оказалось изобретение в 30-х годах нашего века электронного микроскопа (В. Заворыкин) и фазовоконтрастного микроскопа (Ф. Зернике). Увеличение в 100 000 и более раз, которое способен давать электронный микроскоп, позволяет увидеть самые мелкие детали строения клеточных органоидов. Современные достижения цитологии связаны с использованием физических (метод меченых атомов) и химических методов.
