无性繁殖许多仙人掌，尤其是仙人掌亚科的仙人掌，通常通过脱落茎节进行无性繁殖，产生不定根并形成新的个体。许多种类的圆柱掌属（Cylindropuntia）仙人掌的茎关节很轻易从母体仙人掌上脱落，附着在动物的皮肤或毛皮上，并被带到另一个地方，在那里它们被沉积下来，通过营养繁殖产生新的个体。这种现象给分类学家带来了一场噩梦，因为同一物种的个体之间或不同物种之间的杂交产生了变异，然而通过无性繁殖的方式使其永久化。仙人掌园艺师也知道单株植物的幼苗或幼体可以很容易分离并产生根。
生物化学仙人掌独特的特性组合显然使其成为一个独特的科，但这些相同的特性也表明了它们与其他植物的关系。仙人掌最显著的特征之一是，它们含有的元素包括含氮的甜菜素（betalains，水溶性物质，包括甜菜红素betacyanins和甜菜黄素betaxanthins），而不是大多数其他开花植物典型的不含氮的花青素（水溶性类黄酮）。这有力地证明了该科属于富含甜菜素的石竹目。
仙人掌科植物还具有大量生物碱和含氮化合物的特征。例如，已知乌羽玉（Lophophorawiliamsi）含有50多种不同的生物碱（Anderson，-），其中苯乙胺（phenethylamines）和四氢异喹啉（tetrahydroisoquinolines）均存在。三萜（Triterpenes）和甾醇sterols是一类含有多个碳环和醇侧链的甾体，也存在于仙人掌科中。
粘液（Mucilage）是许多仙人掌的特征，可能起到蓄水的作用（GibsonandNobel，，-）。岩牡丹属和仙人掌属是具有发育复杂的粘液系统的两个属。乳突属的一些物种还拥有大量细胞分解产生的产乳细胞或乳管，在皮层产生宽导管(Mau-setha,b,a;WittlerandMauseth)。
许多仙人掌具有独特的异细胞，这些细胞在大小、形状或功能上与周围组织中的细胞不同。结晶簇（Druses）是草酸钙晶体的集合体，位于皮下和皮质内。它们的存在、位置和形状都是有用的分类学特征，如斧突球属（Anderson和Boke）。硅质体发现于新绿柱属（Stenocereus）的所有物种中（Gibson和Nobel，-）。
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