За 130-летний период развития цитологии при помощи светового (биологического) микроскопа были установлены основные составные части клетки и выяснено их значение, а также сделаны важнейшие открытия.
Однако на протяжении длительного времени цитология оставалась преимущественно описательной наукой. Качественно новый этап в изучении взаимосвязи строения и жизнедеятельности клеточных структур наступил в последние годы в результате развития молекулярной биологии, которая возникла на стыке биологии и химии. Она изучает основные проявления жизни (обмен веществ, наследственность, раздражимость) на уровне строения и взаимодействия молекул, из которых состоят все клетки.
Используя последние достижения физики, химии, электроники и других точных наук, молекулярная биология широко применяет новейшие методы исследований, такие как электронная микроскопия, центрифугирование, рентгеноструктурный анализ, радиоактивные изотопы и др.
Самый совершенный современный световой микроскоп увеличивает рассматриваемые микрообъекты примерно в 1800 раз, но для изучения мельчайших структур клетки такое увеличение оказалось недостаточным.
Для получения изображения можно использовать не только световые, но и другие волны. На этом основан принцип электронной микроскопии.
Световой луч, идущий через оптическую систему обычного микроскопа, в электронном микроскопе заменяется потоком летящих с большой скоростью электронов. Попадая на специальный экран, они дают свечение, которое можно наблюдать, как на экране телевизоров, и фотографировать его. Электронный микроскоп дает увеличение в 100 тыс. — 1 млн. раз и более.
Для выделения и изучения частей, входящих в состав цитоплазмы, применяют скоростное центрифугирование. Оно основано на различной скорости осаждения частиц из раствора при сильном его вращении. Измельченные клетки в растворе сахарозы при температуре 0 °С помещают в центрифуги, скорость вращения которых достигает 15—40 тыс. оборотов в 1 мин. При небольших скоростях центрифугирования осаждаются самые тяжелые части клетки — ядра; при увеличении скорости отделяются митохондрии — частицы, которые едва заметны в световом микроскопе; при еще больших скоростях осаждаются частицы, невидимые в обычных микроскопах, — рибосомы и полисомы, а при наибольшей скорости вращения выделяются содержащиеся в цитоплазме белки.
На различном рассеивании лучей Рентгена разными атомами, входящими в состав исследуемого вещества, основан рентгеноструктурный анализ. При помощи этого метода устанавливают молекулярную структуру входящих в состав клетки веществ и пространственное расположение в них атомов и молекул.
Новые методы физико-химических исследований сыграли большую роль в изучении клетки, существенно расширив наши представления о строении и функциях ее мельчайших структурных элементов.