3D培养细胞的行为更能反映体内细胞反应。3D细胞培养系统可以更准确地表示在人体组织中发现的实际微环境。研究表明，3D培养环境中的细胞在形态和生理上与2D培养环境中的细胞不同。
3D培养的额外维度是导致细胞反应差异的关键特征，因为它不仅会影响参与与周围细胞相互作用的细胞表面受体的空间组织，而且还会诱导细胞的物理约束。3D培养中的这些空间和物理方面会影响从细胞外部到内部的信号传导，并终影响基因表达和细胞行为。相邻的图描述了细胞培养系统的3D和2D效果。
分化 -增加某些干细胞的分化活性，并增加其他干细胞未分化状态的持续时间
药物代谢 -降低某些抗癌药的抗增殖作用并增加白蛋白和尿素的产生
基因表达 -导致不同水平的基因表达，并使某些未在2D模式下表达的基因得以表达
一般细胞功能 -增强人类肝细胞的性能和功能活性，并诱导良好发展的细胞间接触
形态 -引起形态，排列和极化方面的明显差异，并增加了神经突的延伸长度
增殖 -增加间充质干细胞的生长速率和附着力，并减少乳腺癌细胞的增殖
对刺激的反应 -降低对细胞内Ca2 +的反应性并降低对K +的反应
活力 -增加长期细胞生长并在钙和营养缺乏的情况下支持细胞存活
