尽管斯巴兰扎尼、巴斯德等人取得了暂时的胜利，但是他们只是说明了生命不可能从非生命物质自然发生，仍然没有回答“生命是从何而来的问题”。要追溯生命从何而来，首先必须了解生命的组成，那么生命的组成单位到底是什么呢？生命又何以能够持续繁衍、生生不息呢？
自然哲学的影响
早在1665年，物理学家胡克（Robert Hooke,1635年~1703年）就曾经在自制的显微镜下看到“细胞”。他把软木切成薄片，放在显微镜下观察，发现软木薄片上有许多蜂窝状的孔和洞，就像一个个小房间一样。于是他把这些小孔称为“Cell”，即“小室”的意思。后来知道，当时胡克所看到的这些小室只是一些死细胞。真正第一个观察到活细胞的人是荷兰的生物学家列文虎克（Antonie van Leeuwenhoek,1632年～1723年），他在水中观察到了单细胞生物，这在英国皇家学会引起了巨大的反响。
可惜的是，尽管胡克和列文虎克都在显微镜下看见了细胞，但是却没有意识到它在生物体结构中的重要性。这其中的一个原因是当时的显微镜还不够先进，另一个重要原因是当时的生物学家大都忽视了对生物的微观领域的研究。
相反，德国自然哲学家们在生命组成问题上的讨论有很多。在植物的组成问题上，有人猜想“根是植物生长发育的基础”，也有人认为“茎可以发展成植物的其他部分”，其中影响最大的是德国人歌德（Johann Wolfgangvon Goethe，1749年~1832年）的观点。歌德既是著名的诗人，也是一位生物学家。在18世纪80年代，他热衷于探索植物的原始类型，并设想叶子是一切植物的基本单位，从叶子可以分化出主脉和锯齿的边缘，最后长出花和果，花瓣和果子事实上都是变形的叶子。
而另一位德国的科学家奥肯（oken Lorenz，1779年~1859年）认为脊椎骨节是动物的基本单位。他注意到较原始的脊椎动物如鱼的骨胳仅是一根简单的分为骨节的脊椎，而且高级动物的早期胚胎形式也是如此。于是设想，原始的脊椎动物只有一根一般化的脊骨，由一定数目的脊椎骨节单位所组成。随后，他还进一步提出一切生物都含有一种叫“原浆”的物质，生物是由一种像草履虫般的“黏液囊泡”所组成。这种黏液囊泡有自己的生命，而且不会随着有机体的死亡而死亡，而是继续活着以形成另一种新的有机体。尽管这只是他的猜测，并没有实验依据，但这种“黏液囊泡”的猜测引起了生物学家们的兴趣，也给予了他们新的灵感。
显微镜下的世界
究竟植物的基本单位是歌德所说的叶子，还是奥肯猜测的黏液囊泡呢？植物学家们决定用实验来揭开这一谜底。
事实上，在胡克第一次观察到所谓的“细胞”时，他所观察到的正是死亡的植物细胞的细胞壁。可是由于当时显微镜的局限性，科学家们无法发现细胞壁是植物细胞外围的厚壁，也就不能发现细胞是生命的单位。直到1805年，德国植物学家特雷维拉努斯（Gottfried ReinholdTreviranus，1776年～1837年）在对植物进行大量的显微解剖后，发现在植物的机体内，确实存在奥肯所说的那种“黏液囊泡”。他认识到所有的生物开始都是由彼此没有连通的小囊聚集而成。
这个发现给生物学界带来了新的希望。随着显微镜技术的发展，人们眼中的细胞越来越清晰，尤其是到消色差显微镜发明后，人们能够更清楚地观察到细胞的详细结构了。
1831年，英国植物学家布朗（Robert Brown，1773年~1858年）用约放大300倍的消色差显微镜，成功地研究了布朗运动，还在观察显花植物的细胞时，发现每一个细胞中都有一个细胞核，从而首次提出“细胞核”这个词，同时还比较明确地提出细胞核是植物细胞的主要组成部分。1835年，捷克生物学家普金叶（Johannes EvangelistaPurkinf,1787年~1869年），观察到母鸡卵中的细胞核。他指出，动物的组织，在胚胎中是由紧密裹在一起的细胞质块组成，这些细胞质块与植物很类似。1837年，普金叶又发现了神经细胞和小脑神经节细胞，并提出了原生质的概念，认为原生质在细胞中占有重要的地位。
随着细胞核、原生质的发现，细胞的基本形态和结构开始逐渐为世人所知，细胞学说的问世已经指日可待了。
细胞学之父
在细胞学说的酝酿阶段，曾经有过一种“小球”学说，认为所有生物的组织和器官都由小球组成。但他们所指的小球，本身是很含糊的，有时指细胞，有时指细胞核，有时甚至是指由于显微镜的缺陷所出现的光环。尽管他们提到的小球都属假象，但对细胞的研究有很大的帮助。
1838年德国植物学家施莱登（Matthias Jacob Schleiden，1804年~1881年）在总结前人实验研究的基础上发表了《植物发生论》一文，提出只有最低等的植物，如某些藻类和真菌是由一个单细胞组成的，高等植物则是各具特色的、独立的单体的集合体；因而认为细胞是组成植物的基本单位。他还认为细胞的生命现象有两重性：一方面细胞是独立的，只与自身生长有关；另一方面又是附属的，是构成植物整体的一个组成部分。他研究植物的个体发育过程，发展了布朗关于细胞核的看法，认为核与细胞的产生有密切关系,并把它称为细胞形成核。他描述了先由黏液颗粒长成细胞形成核，再在其表面出现小囊，逐步形成细胞的过程。
获悉了施莱登的研究成果后， 德国动物学家施旺（Theodor Ambrose Hubert Schwann，1810年～1882年）想起自己在观察动物的脊索时也见到过类似的“细胞核”。他顿时领悟到：“如果我能证明脊索细胞中的细胞核在细胞中起着与植物细胞的细胞核相同的作用，那么组成生命的基本单位就清楚了。”
1839年，施旺发表了《关于动植物的结构和生长的一致性的显微研究》一文。他通过对蝌蚪脊索细胞和不同动物软骨细胞的研究，阐述了动物细胞与植物细胞的相似性。他把动物的永久性组织分为5类,分别研究了血细胞、指甲、腱、骨、齿、肌肉、神经等，并证明它们都是有核的细胞或是细胞分化的产物。他根据研究结果提出一切动物和植物都是由细胞组成的，有机体的各种基本组成都有一个共同的发育原则，即细胞形成的原则，并认为细胞是生命的基本单位。一切有机体都从单个细胞开始生命活动，并随着其他细胞的形成，不断发育成长。
这样，两位科学家在已有研究的基础上，终于创立了著名的细胞学说：“所有生物体，无论是简单的单细胞生物，还是复杂的高等动植物，都是由细胞构成的，细胞是生命有机体结构和功能的基本单位。他们按照一定的法则排列在植物和动物体内。”施旺也凭借在细胞学说创立上的主要贡献被誉为“细胞学之父”。
细胞学说的创立，使人们对生命现象的本质开始有了真正的了解，神创论完全是无稽之谈，自生论和生源论也不攻自破。恩格斯在他的《自然辩证法中》对它做出了高度的评价，并把细胞学说、进化论、能量守恒和转化定律一同誉为19世纪的三大科学成就。细胞学说把生命的奥秘和生命本身浓缩到了一个微观世界，正是由于细胞的分裂和分化，生物体才得以生长和发育，生命才能够生生不息地延续下去。