Żywe organizmy są niezwykle skomplikowanymi funkcjonalnie systemami, które składają się z, co najmniej, kilkudziesięciu tysięcy genów, cząsteczek białek, cząsteczek RNA, małych związków organicznych, jonów nieorganicznych i kompleksów w środowisku, które jest przestrzennie zorganizowane przez błony, a w przypadku organizmów wielokomórkowych, narządów. Dla organizmu biologicznego te niezliczone elementy muszą współpracować ze sobą oraz z otoczeniem w sposób, który przetwarza żywność, usuwa odpady, przenosi elementy do właściwego miejsca, i reaguje na sygnalizację cząsteczek innych organizmów, światło, dźwięk, temperaturę i wiele innych czynników.

Ta niezwykła złożoność organizmów żywych jest wielką przeszkodą do identyfikacji poszczególnych elementów oraz badanie ich podstawowych funkcji biologicznych. Główną zaletą in vitro jest to, że umożliwia ogromny poziom uproszczenia badanego układu, aby skupić się na badaniu niewielkiej liczby składników. Na przykład, białka układu odpornościowego (np. przeciwciała) i mechanizm, które rozpoznają, wiąże się z obcymi antygenami i pozostaje bardzo niejasny.