尽管现在大多数细胞系仍然需要用含血清的培养基培养，但是在很多情况下，细胞培养和增殖也可在无血清培养基中进行。对无血清培养基的需求来自3个方面：一是各实验室之间需要标准化的培养基；二是为特定的细胞系提供特殊的培养基；三是限制各种天然组分。
这些需求促进了更为复杂的多种培养基的产生，诸如M399、CMRL1066、NCTCl09、MB572以及针对L929小鼠成纤维细胞的NCTCl35、应用于中华仓鼠卵巢细胞的克隆化培养基Ham'sF10和F12等。用于培养Hela人宫颈癌细胞的无血清培养基也已产生。
当对连续培养的细胞系的培养基成分进行一定程度的调整，使之逐渐适应无血清条件之后，采用MCDB系列培养基、基于Sato'sa DMEM／F12的培养基以及基于RPMll640的培养基培养细胞的结果均证明：如果对培养基的营养成分和激素做适当的修改，血清可被减少或去除，而细胞生长不会有明显的改变。这些培养基也为特殊类型细胞的原代培养提供了可选择的条件。在无血清条件下(其中一些加了蛋白)，从培养人成纤维细胞、人和小鼠的正常或瘤细胞、淋巴母细胞及几种不同的原代培养中获得了一些培养基的特殊配方。除了考虑安全因素之外，为满足生物制药在体外生产时需要去除动物蛋白的要求，还针对一些连续细胞系，如CHO、杂交瘤设计了许多配方。
1)含血清培养基的缺点
含有血清的培养基有许多缺点：
(1)生理变化
血清中的主要成分诸如白蛋白、转铁蛋白已经知道得很清楚，但是其中含有的大量微量成分对细胞生长也起到巨大作用。这些成分包括营养物质(氨基酸、核苷、糖等)、肽生长因子、激素、无机物、脂类，它们的含量和作用还没有完全确定。
(2)储藏寿命和稳定性
每批血清都不同，zui好的血清可保存一年，但也许那时它已经变质。如果已经变质就必须更换另一批相似的血清，但是用来更换的血清绝不会同前一批血清完全相同。
(3)质量控制
更换血清时需做大量的测试以确保替换的血清与前一批血清zui为相似，这包括用几种不同的细胞系做几项试验(如生长试验、贴瓶率、特殊功能试验等)。
(4)特异性如果培养的细胞类型不止一种，每种细胞可能需要使用不同批号的血清，这将需要同时保存不同批号的血清。而用同一批血清同时培养不同类型的细胞将会带来更大的问题。
(5)可利用率
由于牧区干旱、牛群中疾病流行及政治或经济等原因都会影响血清的供应，因此随时会产生许多问题，诸如限制可利用的血清数量和可选择的血清批数，尤其在血清需求量高的时候这种问题更为严重。现在，血清的需求量不断增加，很可能会超出供给量，因此，这要求大多数商业应用者采用无血清培养基。因为尽管一个普通的研究性实验室一年仅需要100～200 L血清，但一个商业性生物科技实验室一周就可以用等量或更多的血清。
(6)后期加工
血清的存在对产物纯化是一个主要的不利因素，甚至还可能影响产物的药物效应。
(7)污染
血清易被病毒污染，其中许多可能对细胞培养有害，这是不受操作者控制的未知因素。虽然血清灭菌技术的改进已经避免了从正规厂家提供的血清感染支原体的可能，但仍然存在病毒感染问题，尽管有些供应商声称某些滤器可以去除病毒但这仍不能保证血清不被病毒感染。例如，疯牛病是可传染的，因此运往美国、澳大利亚的细胞培养物和血清产品必须提供其原产地和血清批号。由于许多病毒是在欧洲和北美的乳牛中发现的，而新西兰还没发现，所以来自新西兰的牛血清其内源性病毒感染率可能zui低。
(8)价格
价格昂贵是血清培养基的缺点之一。血清是培养基中zui贵的成分(是化学成分价格的10倍多)，如果用指定的成分来替换血清，那么这些成分的总价格和血清相当。并且随着转铁蛋白、硒、胰岛素等市场需要量的不断增加，这些物质的价格很可能进一步降低，无血清培养基也将会更加便宜。而且随着重组生长因子的实用性及市场需求的增加，也将有助于降低无血清培养基的价格。
(9)生长抑制剂
血清不仅对细胞生长有促进作用，而且也有抑制作用。尽管通常情况下，血清的主要作用是激活细胞生长，但血清的总体效应是抑制和激活作用的总和。血清中的一些物质，如血小板生长因子(PDGF)可能是成纤维细胞的有丝分裂原，而其他成分可能抑制细胞的生长。存在于胎儿血清中含量约为l×10-8 mol／L的在高细胞密度时对许多细胞如神经胶质细胞和肺上皮细胞起抑制作用(细胞密度低时可能起促进作用)，血小板释放的TGF-β(转化生长因子-β)也可对许多上皮细胞起抑制作用。