元胞自动机包含大量相同的元胞（通常几千个甚至上百万个），所有元胞离散分布在一条线上形成一维的元胞自动机，或分布在一个矩阵里形成二维元胞自动机，或分布在一个立方体中从而构成三维元胞自动机

当确定元胞的排列方式之后，所有元胞在系统运行的过程中具有各自固定的空间位置，不可在空间中移动。在任意时间节点上每个元胞均处于一定的状态。元胞的所有潜在状态是系统在局部可能经历的属性集，每个元胞都具有有限个状态，例如1或者0。一般来说，在一个时间点上，每个元胞只能具有唯一的状态值。在前后两个时间点上，元胞的状态可能保持不变，这说明该元胞的当前状态及其邻居元胞的状态还未能触发状态的转变。

由于元胞在空间上不具有可移动性，因此在使用元胞自动机进行建模时，系统的动态性主要通过元胞状态的改变来实现，局部元胞的状态改变最终形成系统全局空间格局的变迁。