正如前文所述，人體內細胞的具體壽命可能存在著數小時至數十年之間的差異。事實上，細胞的死亡可能是由多種原因引起的。直接的創傷（如機械損傷），或極熱、極冷的刺激，均會對細胞產生直接的影響，導致細胞膜破裂或蛋白質變性。這些變化將不可逆轉地打破細胞的內在平衡狀態，導致細胞死亡。這有點像一個人突然遭受暴力而死亡，例如在交通事故或戰爭中喪生一般。在細胞中，這種死亡被稱為壞死。
另一種更為有趣的細胞死亡現象是所有多細胞生物所必須經曆的過程。這一現象最初在發育生物學研究中所觀察到，但隨後人們發現，所有未能正常分裂的細胞均可能觸發這種“自殺通路”，從而及時製止“流氓”細胞持續性複製所帶來的威脅。這一現象被稱為程序性細胞死亡或“細胞凋亡”（apoptosis，源自希臘語，意為“落葉”），首次由阿伯丁大學的病理學家阿拉斯泰爾·庫裏（Alastair Currie）、約翰·克爾（John Kerr）與安德魯·威利（Andrew Wylie）於20世紀70年代共同發現。他們通過電子顯微鏡觀察到導致細胞死亡的一係列特征性變化。經過十多年的時間，“細胞凋亡是組織內細胞狀態維持的主要生物學機製”這一觀點才被廣泛接受。細胞凋亡不會觸發免疫反應（而壞死則可能會觸發），因為凋亡細胞的殘骸可被鄰近的健康細胞吸收（吞噬），也就是說，這些凋亡細胞內的物質均被有效地“回收”了。細胞凋亡在發育過程中常常會發生。例如，人類手指之間的帶狀組織、兩棲動物的尾巴均需要被去除，而昆蟲的變態發育過程也涉及了細胞凋亡。在發育過程中，不再被需要的細胞首先會開始萎縮，它們的表麵會產生球狀突起的膜泡（如圖12a所示）。通過縮時顯微技術可以觀察到細胞凋亡是一個非常活躍的變化過程。在此期間，細胞表麵就如同火山沸騰的泥漿池一般。而在細胞內部，細胞核內容物將全部瓦解，染色質聚集成特征性致密團塊（這也是凋亡細胞的特征性外觀，如圖12c所示）， DNA也將斷裂成小的片段。