研究細胞異質性的關鍵就在于能否實現(xiàn)對單個細胞進行較多參數(shù)的分析，這就是“單細胞分析(single cell analysis)”的概念。事實上，自從“細胞”學說被提出后，人類一直在努力尋求分析單個細胞的技術方法。但是，單細胞分析有一個巨大的挑戰(zhàn)，那就是樣品量及其有限，一個典型的人類細胞僅含有約6.6pg DNA、10pg總RNA。

　　從如此有限的樣品中獲取大量精確的數(shù)據(jù)無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)。 所以，傳統(tǒng)的高通量分析手段例如基因組學、轉錄組、蛋白質組學等，往往只能基于大量細胞進行分析，得到的也是大量細胞的平均信息;而一些可以針對單細胞進行分析的方法，例如免疫熒光、流式細胞術等，也會受到通道的限制，僅僅對少數(shù)幾種蛋白進行分析，同樣無法深入分析其異質性。

　　  直到近幾年，隨著相關領域的一系列技術突破，“單細胞分析”的概念才真正得以實現(xiàn)。兩類技術在這過程中起到了先導作用，首先是測序技術的進步，以illumina為代表的第二代測序技術大大降低了測序成本，使在一個實驗中對多個樣本測序成為可能;其次，一些可以用于單細胞核酸樣本的擴增技術(例如MDA擴增基因組，SMART、TargetAmp可以擴增轉錄組)的開發(fā)，解決了單細胞核酸樣品量少的問題。

　　這兩類技術的結合，實現(xiàn)了對單細胞基因組和轉錄組的測序，開創(chuàng)了組學的重要分支：單細胞基因組學(single cell genomics)和單細胞轉錄組學(single cell transcriptomics)。后來，隨著基于微流體芯片技術的C1單細胞全自動實驗系統(tǒng)和Biomark HD(Fluidigm)的廣泛應用，單細胞分析開始向自動化、更多細胞通量的方向發(fā)展。

　　  與此同時，新的單細胞蛋白質檢測技術也不斷涌現(xiàn)。其中，比較有代表性的就是質譜流式技術(Mass Cytometry)，通過特殊的金屬標簽抗體，它可以實現(xiàn)在單個細胞上幾十個蛋白的同時檢測。