細胞是由各種生物分子和包括水在內的無機分子組成；細胞的大小，一般來說主要是由每個細胞內所含的蛋白質和核糖體RNA的量所決定的，其中蛋白質是更為主要的因素。
1、糖類、脂質和DNA、mRNA以及tRNA等有機分子在細胞體積上所佔權重很小，而無機鹽的量對細胞大小更無足輕重。
2、水雖然佔到細胞溼重的80%以上，但細胞內水分的量是由細胞內所含有機生物分子的量所決定，水本身並不直接決定細胞的大小（成熟的植物細胞是個例外，它們的大小主要由中央液泡決定）。
因此，細胞的尺寸可以說取決於核糖體的活性，因為蛋白質的量由核糖體來決定。比如：酵母（如下圖）
和果蠅中已經得到幾種核糖體蛋白質發生突變的突變體，它們的細胞大小都發生了變化。
3、從果蠅到哺乳類的各種生物，都應用一套幾乎完成相同的信號網路來調控細胞大小。哺乳動物中這一網絡的中心是一個叫做mTOR的蛋白激酶，因其能被雷帕黴素抑制而得名，果蠅等生物中也存在同源蛋白質TOR。在小鼠或果蠅中，該蛋白質的失活會導致細胞體積變小。
mTOR(或TOR)接受上遊信號，對細胞外部的胺基酸、葡萄糖等營養物質以及胰島素等生長因子做出反應。
胰島素類生長因子調控mTOR的信號通路已經研究得比較清楚：胰島素類生長因子與細胞膜上的受體結合後，使磷脂醯肌醇-3-羥激酶活化，進一步激活肌醇磷脂信號轉導途徑，通過蛋白激酶B（PKB,又名AKT）和一些中間信號傳遞分子，最終激活mTOR。
活化得mTOR的兩個功能：（1）它一方面活化核糖體蛋白S6（rpS6)的激酶（s6k),導致rpS6磷酸化，從而可能加強核糖體的翻譯效率，因而使細胞增大。s6k基因缺陷的果蠅和小鼠，細胞都顯著減小，細胞數量則沒有變化，因而身體變小。rpS6磷酸化位點的缺失，也會導致一些組織的細胞變小。
（2）另一方面，活化的mTOR將翻譯抑制因子4E-BP磷酸化，解除其對翻譯起始因子4E的抑制，增強蛋白質的翻譯，促使蛋白質積累，細胞體積增加。此外，PI3K和mTOR還會激活固醇調控元件結合蛋白，加強脂質的合成。
細胞大小的決定是複雜的，還受到其他多種因素的影響。如：
（1）植物細胞在旺盛分裂期的大小，也是取決於蛋白質等生物分子的積累，但在完成分裂後，植物細胞有一個伸展的過程，細胞體積會增加數倍甚至成千上萬倍，這個過程依賴的不是有機物的積累，而主要是中央液泡的膨脹。
（2）細胞核DNA的含量也與細胞大小有關，植物多倍體細胞的體積一般顯著大於二倍體細胞。DNA含量如何決定細胞大小還不清楚，可能與核糖體數量有關——DNA控制核糖體的合成（如下圖），
DNA量越大，核糖體越多，而翻譯的蛋白質也越多，細胞就越大。DNA含量影響細胞大小的另一個原因可能是多倍體細胞的代謝旺盛，所有基因的表達和蛋白質的合成都加速，因此細胞內有機物積累增加，細胞的體積隨之增加。