Terapia cu celule stem pentru leziuni cerebrale traumatice TBI se va concentra pe leziunile cerebrale secundare, care sunt rezultatul unor evenimente biochimice și fiziologice, care duc în cele din urmă la moartea celulelor neuronale. Cercetările recente au indicat că beneficiul terapeutic potențial al terapiei cu celule stem ar putea fi rezultatul următoarelor mecanisme: Secreția de factori de creștere pentru a promova rezultatul funcțional după leziuni cerebrale prin neurogeneză și sinaptogeneză; Producerea și inducerea a numeroase citokine și factori trofici pentru a spori angiogeneza și stabilizarea vasculară în zona limită a leziunii; Diminuarea formării cicatricilor gliale și promovarea remodelării glial-axonale. Astfel, celulele stem acționează într-un mod pleiotropic pentru a stimula remodelarea creierului după o leziune cerebrală, influențând mai multe funcții de refacere neuronală, cum ar fi sinaptogeneza, angiogeneza și neurogeneza.