細胞生長與增殖：在微重力環境下，細胞懸浮生長，減少了貼壁依賴的接觸抑制，有利于成體干細胞的持續增殖。例如間充質干細胞在旋轉培養系統中可長期保持多能性標志物（如 Oct - 4、Nanog）的高表達，維持其干細胞特性，為干細胞的大量擴增提供了可能。

細胞分化調控：微重力可能通過調控特定通路（如 TGF - β、BMP 通路）來增強成體干細胞向目標細胞的分化效率。研究發現，間充質干細胞在特定培養條件下，微重力可促進其向骨細胞、軟骨細胞等方向分化，且分化后的細胞具有更好的功能和活性。同時，在神經干細胞研究中，這種培養方式有助于神經干細胞分化形成具有復雜神經網絡結構的組織，更真實地模擬大腦發育過程。

細胞骨架與信號通路：微重力通過調節細胞骨架（如微管重組），可能激活特定信號通路（如 YAP/TAZ），影響干細胞的自我更新與分化平衡。以間充質干細胞為例，模擬微重力培養可使神經發育相關基因（如 CXCR4）上調，增強其向損傷部位的遷移與存活能力。

細胞間相互作用：微重力三維培養系統為成體干細胞創造了更有利于細胞間通訊和相互作用的環境。細胞可以通過分泌細胞因子、外泌體等物質進行信息傳遞，這種相互作用在三維空間中更為充分和復雜。如在造血干細胞研究中，三維培養下的造血干細胞與支持細胞之間的相互作用增強，能夠更好地維持造血干細胞的自我更新和分化能力。

避免細胞衰老和凋亡：在傳統培養環境中，干細胞易因機械應力、營養供應不均等因素出現衰老和凋亡現象。而微重力三維細胞培養系統通過改變細胞的生長環境，減少了這些不利因素的影響。實驗表明，在微重力三維培養下的干細胞，其端粒長度維持較好，細胞周期調控相關基因表達更穩定，能夠在較長時間內保持干細胞的特性和功能。