Las autorrenovación y la diferenciación son características de las células madre que varían entre los diferentes tipos celulares según el tejido en el que se encuentren y el microambiente que las rodee. En ambos procesos intervienen inhibidores del ciclo celular, genes implicados en rearreglos cromosómicos, proteínas del desarrollo esencial y vías de señalización específicas. La autorrenovación está regulada por diversos mecanismos, entre los cuales se destacan las vías Wnt, Notch y Hedgehog, y los factores BMI-1, p16Ink4a, ARF, NANOG, OCT3/4, SOX2, HOXB4 y sus páralogos. Los adelantos en el conocimiento de la biología de las células madre y de los mecanismos moleculares que regulan la autorrenovación y la diferenciación han convertido a estas células en una importante promesa para la investigación básica y aplicada.