Kõige laialdasemate võimalustega tüvirakud on embrüonaalsed, mis saadakse väga varajases staadiumis embrüost (mille moodustab umbes 50–150 rakku). Embrüonaalsed tüvirakud on võimelised peaaegu lõpmatuseni paljunema ning muunduma igat tüüpi spetsialiseerunud rakkudeks. Embrüonaalsed tüvirakud eraldatakse väljakujunenud loote kudedest (9.–22. rasedusnädalal), mil need väga suure paljunemispotentsiaaliga rakud on juba muutunud vastavate kudede algrakkudeks. Nende rakkude uurimine on eetilistel ja moraalsetel põhjustel piiratud.