衰老细胞的形态变化主要表现为形状变大、变平、胞核增大、核膜内陷、染色质固缩、胞内溶酶体变多等。衰老细胞中细胞器数量尤其是线粒体数量减少，胞质内有色素堆积和空泡形成，最终导致细胞死亡。总体来说衰老细胞的各种结构呈退行性变化。根据其特征，目前常用β-半乳糖苷酶活性检测衰老。
衰老细胞或组织产生的β-半乳糖苷酶可以催化底物X—Gal，生成深蓝色产物，从而在光学显微镜下很容易观察到。在人体表皮角质层细胞中，也可以发现SA-β-gal随年龄的增加而增加。并且，SA-β-gal不依赖于DNA复制，可以区分衰老细胞与静止期的细胞。