Capacité que possède une cellule de se différencier en diverses cellules spécialisées et de participer à la formation de n’importe quel tissu de l'organisme (musculaire, nerveux, sanguin, etc.), donc à former divers organes, voire des organismes complets. C'est le cas des cellules souches embryonnaires, c’est-à-dire des cellules indifférenciées prélevées sur l'embryon et qui peuvent se multiplier indéfiniment en laboratoire. Du latin totus, tout, et potentia, puissance.

À côté des cellules totipotentes on décrit les cellules souches :
- unipotentes, qui produisent une seule sorte de cellules différenciées ;
- multipotentes, qui produisent un nombre restreint de types cellulaires ;
- pluripotentes, pouvant donner presque tous les types cellulaires de l’organisme adulte, donc presque tous les organes, mais non un organisme entier.