1.全能性
ES細胞的全能性指ES細胞在解除分化抑制的條件下能參與包括生殖腺在內的各種組織的發育潛力，即ES細胞具有發育成完整動物體的能力，可以為細胞的遺傳操作和細胞分化研究提供豐富的試驗材料。ES細胞發育全能性的標志是ES細胞表面表達時相專一性胚胎抗原（Stage specific embryonicant，SSEA），而且可以檢查到Oct4基因的表達，這兩種蛋白是發育全能性的標志。ES細胞中AKP及端粒酶活性較高，可用于ES細胞分化與否的鑒定。
全能性是胚胎干細胞與成體內多能干細胞之間的主要區別。在正常的培養條件下，胚胎干細胞在經過多重細胞分裂之后，仍然能保持全能性 。
2.多能性
ES細胞的多能性是指ES細胞具有發育成多種組織的能力，參與部分組織的形成。將ES細胞培養在不含分化抑制物的培養基上，可以形成類胚體。將ES細胞在特定培養基進行培養，可以定向分化成特定組織，如ES細胞在含有白血病抑制因子（LIF）和維生素A酸（RA）的培養基上，可以分化形成全壁內胚層，將ES細胞與胚胎細胞共培養或將ES細胞注入囊胚腔中，ES細胞就會參與多種組織的發育 。
胚胎干細胞具有多能性（Pluripotency），特點是可以通過細胞分化(Cellular differentiation)成多種組織（所有組織，包括生殖系細胞）的能力，但無法獨自發育成一個個體（利用四倍體融合技術可以得到完全由所用ES細胞發育而來的個體）。它可以發育成為外胚層、中胚層及內胚層三種胚層的細胞組織。這里所說的多能性與我們平常所理解的多種分化潛能的細胞存在著不同，英文單詞中很好區分，一個是pluripotency；一個是multipotency。成人干細胞能否保有萬能分化性，直到現在仍然有爭議（目前一般不采用體外傳代來擴增成體干細胞）。不過，有研究已示范了多能干細胞可以從成纖維細胞等很多細胞中產生出來，這也就是目前很熱的誘導性多能干細胞（induced pluripotentstem cells，iPS cells），目前越來越多的數據顯示這種多能干細胞和胚胎干細胞還是存在很大差異的。
