La différenciation cellulaire est le processus par lequel une cellule moins spécialisée devient un type de cellule plus spécialisé. Elle fait partie de la biologie du développement. Différents tissus ont différents types d'organites à l'intérieur des cellules.
La différenciation se produit plusieurs fois au cours du développement d'un organisme multicellulaire. L'organisme passe d'un simple zygote à un système complexe de tissus et de types de cellules. La différenciation est également un processus courant chez les adultes : les cellules souches adultes se divisent pour former des cellules filles entièrement différenciées pendant la réparation des tissus et pendant le renouvellement normal des cellules.
La différenciation modifie considérablement la taille, la forme, l'activité métabolique et la réactivité des cellules aux signaux. Ces changements sont en grande partie dus à des modifications de l'expression des gènes. À quelques exceptions près, la différenciation cellulaire n'implique presque jamais un changement de la séquence d'ADN elle-même. Elle implique la désactivation de nombreux gènes qui ne sont pas nécessaires dans un tissu particulier. Ainsi, les cellules de différents tissus peuvent avoir des caractéristiques physiques très différentes bien qu'elles aient le même génome.
La puissance cellulaire est la capacité d'une cellule à se différencier en d'autres types de cellules. Une cellule qui est capable de se différencier en plusieurs types de cellules est dite pluripotente. Ces cellules sont appelées cellules souches chez les animaux et cellules méristématiques chez les plantes supérieures. Une cellule capable de se différencier en tous types de cellules est dite totipotente. Chez les mammifères, seuls le zygote et les cellules embryonnaires précoces sont totipotentes, tandis que chez les plantes, de nombreuses cellules différenciées peuvent devenir totipotentes grâce à des techniques de laboratoire simples.
