Kantasolututkijat tekevät tieteellistä tutkimusta kantasoluista sekä ymmärtääkseen niitä paremmin että tutkiakseen niiden mahdollisuuksia erilaisiin terveys- ja lääketieteellisiin tarkoituksiin. Useimmissa monisoluisissa organismeissa esiintyvillä kantasoluilla on poikkeukselliset nuorentumiskyvyt, joiden avulla ne voivat rakentaa uudelleen koko kehon kudoksia tai tiettyjä kehon tiettyjä kudoksia. Kantasoluja, jotka voivat synnyttää koko kehon kudoksia, kutsutaan alkion kantasoluiksi, ja niitä esiintyy blastosysteemin sisämassassa; blastosysteemi on alkuvaiheen alkio. Toinen kantasolutyyppi ovat aikuisten kantasolut, joita kutsutaan niin, että ne erotetaan alkioista; niitä esiintyy koko kehossa aikuisilla ja lapsilla.
Alkion kantasolut ovat pluripotentteja ja aikuisten kantasolut monipotentteja. Pluripotenssi tarkoittaa, että alkion solut kykenevät loputtomaan solujakautumiseen ja voivat silti pysyä erottamattomina. Ne pystyvät muodostamaan kaikenlaisia kehon kudoksia paitsi istukan. Toisaalta monivoimaiset aikuisten kantasolut eivät ole niin monipuolisia ja voivat muodostaa vain tietyntyyppisiä kudoksia, yleensä vain sen tyyppisiä, joissa niitä esiintyy. Aikuisten kantasolut toimivat kehon korjaussarjoina ja uudistavat erikoissoluja aina, kun niitä tarvitaan.
Koska kantasolut kykenevät uudistumaan, ne tarjoavat suuria mahdollisuuksia lääketieteelliseen tutkimukseen. Niitä voitaisiin käyttää vaurioituneen kudoksen korjaamiseen ja vaurioituneiden elinten korvaamiseen sekä erilaisten tilojen, kuten leukemian, multippeliskleroosin, kystisen fibroosin, motoristen hermosairauksien ja osteoporoosin, hoitoon. Kantasolututkijat ovat saavuttaneet jonkin verran menestystä näissä pyrkimyksissä, mutta kantasolututkimusta tarvitaan vielä paljon.
Kantasolujen käytössä lääketieteellisessä hoidossa on kaksi merkittävää ongelmaa. Ensinnäkin on todennäköistä, että keho hylkää uudet syntyneet kudokset ja elimet kokonaan, tai muuten on välttämätöntä ottaa immuunivastetta estäviä lääkkeitä pysyvästi immuunihäiriön välttämiseksi. Toiseksi kantasolututkijat eivät vielä pysty hallitsemaan tai ennustamaan tapaa, jolla kantasolusiirto voi jakautua potilaan kehossa. On ollut tapauksia, joissa kantasolut jakautuvat hallitsemattomalla tavalla, mikä johtaa syöpäkasvaimiin.
Vaikka tätä asiaa tutkitaan edelleen tutkimuslaboratoriossa, ensimmäinen ongelma voidaan ratkaista terapeuttisella kloonauksella. Tässä kantasolututkijat ottavat potilaalta DNA: ta, pisttävät sen luovuttajamunaan ja saavat munasolun jakautumaan ja muodostamaan blastosystin. Kantasolujen keräys suoritetaan tältä blastosystiltä ja näillä kantasoluilla on sama DNA kuin potilaalla. Tämän seurauksena potilaan keho todennäköisesti hyväksyy näistä kantasoluista kasvatetut kudokset, ja saattaa myös olla tarpeetonta ottaa immuunivastetta estäviä lääkkeitä täällä.
Toinen kantasolututkijoiden tutkima alue on lisääntymiskloonaus. Tähän mennessä lampaita, nautoja, koiria ja muita eläimiä on kloonattu onnistuneesti, ja seuraava ilmeinen askel on ihmisten kloonaaminen. Tämä tutkimus oli muuttunut kiistanalaiseksi miinakentäksi, ja kannattajat esittivät uusia mahdollisuuksia lääketieteellisessä tutkimuksessa ja vastustajat tuomitsivat heidän näkemyksensä ihmiselämän devalvaatiosta. Keskustelu on edelleen käynnissä ja on vaikuttanut kantasolupolitiikkaan kansakunnissa ympäri maailmaa. Monet maat ovat joko kieltäneet ihmisten kloonaamisen suoraan tai asettaneet tiettyjä tiukkoja rajoituksia kantasolututkimukselle.