细胞产生稳定的新特征，因而互相差异的过程。所有多细胞生物都从一个受精卵产生各种不同特殊结构和专一功能的细胞。例如，合成血红素的红细胞，产生抗体的浆细胞，分泌卵蛋白的输卵管上皮细胞，内有肌球蛋白和肌动蛋白的肌纤维等。细胞的分化分阶段进行，在胚胎细胞形成特化细胞之前的一定时期内，已决定了分化的途径。果蝇幼虫的胚芽细胞已决定各自的分化命运。除胚胎外，成年动物的干细胞或再生细胞，植物的分生细胞也能分化成专门化细胞。细胞分化受内外因素的影响。如一定区域的卵细胞质因素对早期胚胎发育至关重要。如果蝇卵后叶的极质诱导其中的核分化成种质细胞。细胞间的互相作用亦有很大影响。如原肠胚的脊索诱导邻接的外胚层分化成神经组织。细胞的分化状态是稳定的。即使原来的刺激已消失，分化特征仍可保持许多世代。如肝再生的仍是肝细胞。体外培养的分泌甾体的细胞系可以无止境地生长。只有少数已分化细胞可以化生，变成另一种特化细胞。通常已分化细胞的基因组仍然不变，并无遗传信息的减损。因为已分化的细胞仍具有发育全能性。所有细胞除去都有共同的看家基因，以维持细胞的生存外，各种特化细胞各自表现特殊的基因活性，以合成专一的信使核糖核酸和蛋白质。因此，分化机制控制在基因转录水平，细胞分化是基因有选择地表现的结果。
