基于微流控芯片的3D細胞培養技術也是近年來微流控技術應用于生物醫學領域的一類發展方向。與傳統培養容器相比，微流控芯片操作所需的細胞量很少，適合來源稀缺但又十分重要的細胞研究。微流控芯片的微米尺度空間和典型哺乳類動物細胞的尺寸及體內微血管孔徑恰好相配；芯片的多維網絡結構形成相對獨立、封閉的環境與體內環境類似；且微通道中的高表面積體積比，使得更多的界面可以用來進行物質和能量交換，傳送效率提高，細胞代謝加快；更可通過對流體的精確控制實現營養物質的實時更新與代謝廢物的及時排出。此外，微流控芯片由于自身的一些特性和優勢，很容易實現二維或三維的細胞培養、全自動化培養和細胞共培養模式，從而可以建立細胞與細胞、細胞與胞外基質間的相互作用，使細胞保持完整的生物學特性。