La differenziazione cellulare è il processo attraverso il quale una cellula meno specializzata diventa un tipo di cellula più specializzata. Fa parte della biologia dello sviluppo. I diversi tessuti hanno diversi tipi di organuli all'interno delle cellule.
La differenziazione si verifica molte volte durante lo sviluppo di un organismomulticellulare. L'organismo cambia da un singolo zigote a un sistema complesso di tessuti e tipi di cellule. La differenziazione è un processo comune anche negli adulti: le cellulestaminali adulte si dividono per rendere le cellule figlie completamente differenziate durante la riparazione dei tessuti e durante il normale ricambio cellulare.
La differenziazione cambia drasticamente la dimensione, la forma, l'attività metabolica e la risposta ai segnali di una cellula. Questi cambiamenti sono in gran parte dovuti a cambiamenti nell'espressione genica. Con poche eccezioni, la differenziazione cellulare non comporta quasi mai un cambiamento nella sequenza del DNA stesso. Essa comporta lo spegnimento di molti geni non necessari in un particolare tessuto. Così, le cellule in diversi tessuti possono avere caratteristiche fisiche molto diverse, pur avendo lo stesso genoma.
La potenza cellulare è la capacità di una cellula di differenziarsi in altri tipi di cellule. Una cellula che è in grado di differenziarsi in molti tipi di cellule è nota come pluripotente. Tali cellule sono chiamate cellule staminali negli animali e cellule meristematiche nelle piante superiori. Una cellula che è in grado di differenziarsi in tutti i tipi di cellule è nota come totipotente. Nei mammiferi, solo lo zigote e le prime cellule embrionali sono totipotenti, mentre nelle piante molte cellule differenziate possono diventare totipotenti con semplici tecniche di laboratorio.
