Tüvirakkude teadlased viivad läbi teadusuuringuid tüvirakkude kohta nii selleks, et neid paremini mõista ja uurida nende potentsiaali erinevatel tervise- ja meditsiinilistel eesmärkidel. Enamikus mitmerakulistes organismides leiduvatel tüvirakkudel on erakordne noorendamise võime, mis võimaldab neil taastada terveid kehakudesid või teatud spetsiifilisi kudesid kehas. Tüvirakke, mis võivad tekitada terveid kehakudesid, nimetatakse embrüonaalseteks tüvirakkudeks ja neid leidub blastotsüsti sisemassis; blastotsüst on varajases staadiumis embrüo. Teist tüüpi tüvirakud on täiskasvanud tüvirakud, mida nimetatakse nii, et eristada neid embrüonaalsetest; need esinevad tegelikult kogu kehas nii täiskasvanutel kui ka lastel.
Embrüonaalsed tüvirakud on pluripotentsed ja täiskasvanud tüvirakud on multipotentsed. Pluripotentsus tähendab, et embrüonaalsed rakud on võimelised lõputult rakkude jagunemiseks ja võivad siiski jääda diferentseerumata. Nad on võimelised moodustama igasuguseid kehakudesid, välja arvatud platsenta. Multipotentsed täiskasvanud tüvirakud seevastu pole nii mitmekülgsed ja võivad moodustada ainult teatud tüüpi kudesid, tavaliselt ainult seda tüüpi kudesid, milles neid leidub. Täiskasvanute tüvirakud toimivad keha parandamise komplektidena, uuendades spetsiaalseid rakke iga kord, kui neid vajatakse.
Kuna tüvirakud on võimelised taastuma, pakuvad need meditsiiniuuringutes suuri võimalusi. Neid saab kasutada kahjustatud kudede parandamiseks ja kahjustatud elundite asendamiseks ning mitmesuguste seisundite, nagu leukeemia, hulgiskleroos, tsüstiline fibroos, motoorsete neuronite haigus ja osteoporoos, raviks. Tüvirakkude teadlased on nendes ettevõtmistes saavutanud edu, kuid vaja on veel palju rohkem tüvirakkude uurimist.
Tüvirakkude kasutamisel meditsiinilises ravis on kaks olulist probleemi. Esiteks on tõenäoline, et keha lükkab uued loodud kuded ja elundid otse tagasi või on vajadus immuunsüsteemi äratõukereaktsiooni vältimiseks pidevalt võtta immuunsüsteemi pärssivaid ravimeid. Teiseks ei suuda tüvirakkude teadlased veel kontrollida ega ennustada, kuidas tüvirakkude siirdamine võib patsiendi kehas jaguneda. On olnud juhtumeid, kus tüvirakud jagunevad kontrollimatult, põhjustades vähkkasvajaid.
Kuigi seda küsimust veel uurimislaboris uuritakse, saab esimese probleemi lahendada terapeutilise kloonimise teel. Selle käigus võtavad tüvirakkude teadlased patsiendilt DNA, süstivad selle doonormunaraku ja kutsuvad munarakku poolduma ja moodustama blastotsüsti. Seejärel kogutakse sellest blastotsüstist tüvirakud ja neil tüvirakkudel on sama DNA, mis patsiendil. Selle tulemusena võtab patsiendi organism tõenäoliselt vastu nendest tüvirakkudest kasvanud kudesid ja immuunsüsteemi pärssivate ravimite võtmine võib samuti osutuda ebavajalikuks.
Teine valdkond, mida tüvirakkude teadlased uurivad, on reproduktiivne kloonimine. Siiani on edukalt kloonitud lambaid, veiseid, koeri ja muid loomi ning järgmine ilmselge samm on inimeste kloonimine. See uurimus oli muutunud vaidluste miiniväljaks, kus toetajad reklaamisid uusi eredaid võimalusi meditsiinilistes uuringutes ja vastased taunisid seda, mida nad näevad inimelu devalveerimisena. Arutelu on endiselt käimas ja see on mõjutanud tüvirakkude poliitikat kogu maailmas. Paljud riigid on kas inimeste kloonimise täielikult keelanud või kehtestanud teatud ranged piirangud tüvirakkude uurimisele.