微循环是毛细血管网络中血液的流动及循环过程，其主要特点是血管与细胞尺寸相当。此时细胞的变形显著，例如红细胞可能通过比细胞更小的毛细血管，细胞变形运动等动力学行为直接影响细胞在微循环网络中的传输过程以及输送氧气、二氧化碳、营养物质等功能的实现。

细胞处在流场中时，流体流动带来的黏性力促使细胞变形，而细胞的界面力使其保持平衡态形状。与表面张力界面包裹而成的普通液滴相比，细胞由细胞膜包裹，细胞膜具有剪切弹性、抗弯特性等复杂力学性质，导致细胞变形行为与普通液滴有显著不同。随着多相流基础理论与研究方法在生物医学工程中得到应用，细胞在流场中的变形行为研究取得了较大进展。细胞变形研究集中于忽略流体惯性的简单流动条件，研究趋势由小变形向大变形液滴发展。法国科学院D.巴尔特-比耶塞尔教授最早采用小变形理论分析方法研究了细胞在小变形条件下的变形规律。21世纪以来，数值模拟研究发现细胞变形大小随细胞膜弹性模量呈现非线性关系。细胞变形还受细胞内外侧流体黏性力影响，因此细胞内外黏度比是决定细胞变形大小的另一个控制参数。

具有表面张力界面的普通液滴在静止流体中平衡状态通常保持球形，然而细胞表面的细胞膜由磷脂分子组成，其表面积由磷脂分子数量确定，不同环境渗透压条件下细胞体积不同，因此细胞平衡态下可呈现非球形形状，例如红细胞为双凹碟形。由于细胞平衡态的非球形形状以及细胞膜剪切弹性、抗弯特性等特殊力学性质，导致细胞在剪切率较小的剪切流场中展现类似于固体颗粒的翻滚式运动，即细胞整体沿着流动方向翻转；而流场剪切率较大时，细胞可呈现坦克履带式运动，即细胞形状以及与流动方向的夹角保持稳定，但细胞膜和内部流体围绕细胞中心呈现旋转运动，此时外部流体黏性力作用于细胞的能量通过细胞膜和内部流体的旋转被耗散。细胞在流场中的运动状态直接决定了细胞膜应力状态，显著影响细胞与环境流体之间的物质交换；另一方面，单个细胞在流场中的动力学行为直接影响细胞群的流动行为，从而显著影响细胞群（如血液）的流变性质。

在白细胞、循环癌细胞等细胞从血管中穿过血管壁迁移进入组织的过程中，细胞吸附是细胞迁移的关键过程。细胞与普通壁面接触时，分子间作用力导致两者之间形成物理吸附，吸附能较小；当细胞与特定功能表面（如由内皮细胞组成的血管壁）接触时，细胞膜表面上的物质与功能壁面上的物质可发生化学反应形成化学吸附，例如抗体抗原反应形成吸附键。血管内流场带来的黏性力、细胞膜弹性力和功能壁面吸附力的共同作用使细胞展现复杂的吸附动力学行为。研究流场中细胞在壁面上的吸附动力学时，细胞膜与壁面之间的吸附力及其模型描述十分关键，如接触势能模型、有限范围吸附势能模型等，其中有限范围吸附势能模型应用更为广泛。对于弱吸附或物理吸附作用，吸附能来源于范德瓦耳斯力、静电力、水合力等分子作用力。很多情况下细胞与壁面可形成强吸附或化学吸附作用，需要进一步描述吸附键形成及断裂的反应动力学模型。

红细胞、白细胞等血细胞需借助血管流动提供能量，实现血液循环过程中的变形、运动以及功能的实现。然而，对于精子细胞等特定细胞，无须外部流体提供能量，通过尾部的不断摆动即可产生自身运动，从而实现自身的生物功能。另外，自然界有些单细胞生物也可通过细胞表面凸起产生动能，从而实现自身整体在外部流体环境中的运动。