Le cellule staminali sono cellule non specializzate che hanno la capacità di differenziarsi in diversi tipi di cellule. Le cellule staminali del midollo osseo danno origine a tutte le diverse cellule del sangue sane. Elevate dosi di farmaci chemioterapici o di radioterapia possono uccidere le cellule tumorali, ma spesso uccidono anche le cellule staminali del soggetto, impedendo al midollo osseo di produrre cellule del sangue sane.
Il trapianto di cellule staminali sostituisce le cellule staminali distrutte con le cellule staminali sane da un donatore. I donatori possono essere il soggetto affetto da tumore (autotrapianto) o un’altra persona imparentata o non imparentata geneticamente compatibile (allotrapianto). Le cellule staminali possono essere prelevate dal midollo osseo di un donatore, ma è più facile e quasi altrettanto efficace prelevarle dal sangue del donatore. I trapianti di cellule staminali consentono ai medici di prescrivere dosi elevate di chemioterapia per il trattamento di alcune leucemie e dei linfomi.