虽然细胞培养的实验早在19世纪末就开始了，但用于培养细胞的培养液主要是动物的血清或淋巴液。被人称为细胞培养之父的Ross Harrison就是利用青蛙的淋巴液来培养神经细胞的。这样的培养液不但性质不稳定，而且只能进行非常小规模的细胞培养。
第一个人工配制的培养液是由Lewis & Lewis在1911年由海水、血清、胚胎提取物和盐和蛋白胨为原料配制成的。但是人们对于培养液中的化学成分并不清楚。直到1948年，Fisher才研制成了第一个化学成分清楚的细胞培养液CMRL1006。
实验室常用的细胞培养液的主要成分是氨基酸、葡萄糖、无机盐、维生素和微量元素等。为了维持稳定的pH，培养液中一般有一个pH缓冲系统，同时常加入少量的酚红作为pH指示剂。另外培养液中一般需要加入一定量的血清。
培养液中的氨基酸除了13种细胞生长所必须的氨基酸外，往往加入一些非必需的氨基酸以促进细胞的生长。在必需的氨基酸中，L-谷氨酰胺在溶液中不稳定（在4℃培养溶液中半衰期为3个星期，37℃中为1个星期），需要在使用时加入。
葡萄糖在培养液中的含量一般为1g/L（低糖）或4.5g/L（高糖）。它是细胞代谢重要的能量来源。
细胞培养液中都有一个平衡盐系统，用于维持细胞的渗透压、维持pH和细胞正常的代谢等。最常用的平衡盐系统有Dulbecco's phosphate buffered saline (D-PBS); Earle's balanced salts (EBSS) 和 Hanks' balanced salts (HBSS)。它们都含有细胞所必需的5种离子：钠离子、钾离子、钙离子、镁离子和磷酸根。培养液中的pH缓冲系统一般是碳酸氢钠和HEPES等。
培养液中的维生素包括叶酸、维生素B、烟酰胺和吡哆醇等。培养液中的微量元素元素包括Cu2+ ，Zn2+ ，和Mn2+等。
血清中含有生长因子、促进细胞帖壁的因子、矿物质、激素、脂类等，另外血清可以抑制胰酶的活性。
一般培养液都含酚红作为pH指示剂，它是细胞培养液状态的一个很好的标志。过长时间的培养或者微生物的污染都会使培养液的pH发生改变。需要注意的是，酚红可以模拟类固醇激素（尤其是雌性激素）的作用，所以如果培养的细胞对雌性激素敏感（比如实验本身就是研究雌性激素对细胞的作用），就应当使用没有酚红的培养液。