分爲两种类型：细胞内的蛋白质以及细胞表面特异性的蛋白质（细胞表面标记）。目前较常用的细胞表面标记有SSEA-3、SSEA-4、TRA-1-60和TRA-1-81（前两者为阶段特异性胚胎表面抗原，后两者为肿瘤识别抗原）；而常选为分子标记的细胞内蛋白质则有Oct4和Nanog等。免疫组织化学技术利用能与这些分子标记特异性结合的抗体来鑑定胚胎干细胞，此外，这种技术也能与流式细胞分选术、免疫磁珠等方法结合，用于胚胎干细胞的分离。特异性分子标记的筛选可以採用转录组学与蛋白质组学的技术，将胚胎干细胞与其他细胞比对，