早期胚胎发育的囊胚阶段始于囊胚腔的出现。囊胚腔是充满液体的空腔，内含有氨基酸、蛋白质、生长因子、糖、离子和细胞分化所必需的其他组件。囊胚腔不仅为原肠作用提供一个空间场所，而且也提供了细胞迁移的基质和内环境。在非洲爪蟾中的研究证实，囊胚腔是第一卵裂沟进一步变宽和被紧密连接密封来创建的。

小鼠胚胎囊胚腔的形成始于32细胞阶段。囊胚腔是通过位于外层的卵裂球细胞不断运输液体形成的。随着囊胚腔的增大，形成分化的有极性的上皮细胞，进一步支持水分的运输，其驱动力部分来自钠离子/钾离子-ATP酶（Na⁺/K⁺-ATP酶）。该酶活力又受到滋养层细胞紧密连接的形成、细胞骨架的分布、细胞黏附分子及生长因子的影响。采用反义寡核苷酸抑制该基因表达，囊胚不能形成。它可作为筛选健康胚胎的一个必要指标。

哺乳动物囊胚有三种细胞谱系，外胚层（epiblast; EP）将发育为整个胚胎本身；定位在胚胎表层的个体较小的细胞分化成滋养层细胞，形成滋养外胚层（trophectoderm; TE），将来发育成胎盘；原始内胚层（primitive endoderm; PE）的一部分变成了卵黄囊。非洲爪蟾的囊胚是由三个不同的区域构成。动物极的帽子形成了囊胚腔的屋顶盖形式，进一步形成外胚层的衍生物，构成囊胚腔壁的赤道或边缘区主要分化为中胚层组织。植物极的囊胚腔层主要发育成内胚层的组织。

在多种生物中，胚胎发育到囊胚早期是由来源于卵子的母源信使RNA（mRNA）控制的。在小鼠胚胎中的研究表明，转移生长因子TGF-α和EGF能分别通过自分泌作用和旁分泌作用促进囊胚腔的扩张膨大。此外，许多基因参与囊胚的发育和分化，如Pem基因，可调节小鼠早期胚胎由未分化状态向分化状态过渡。植入前胚胎发育基因（preimplantation embryo development gene; PED）则具有调节鼠胚植入前卵裂速度的快慢以及胚胎生存发育的能力。在许多物种中，囊胚期的细胞具有多能干细胞的活性。结合转录因子的表达，区域定位的囊胚细胞可诱导产生功能性的组织和器官。