La différenciation cellulaire regroupe l'ensemble des processus débouchant sur l'acquisition par une cellule de structures et de fonctions spécialisées. Au cours de la vie, elle est présente essentiellement chez les embryons et zones de croissance aussi bien animaux que végétaux : elle est fortement associée à la biologie du développement

Chez les végétaux, elle reste très active durant toute la vie de l'organisme et est assez nettement réversible, alors que chez les animaux, la différenciation cellulaire est majoritairement cantonnée au début de la vie, et sa réversibilité est bien moindre. On nomme cette réversibilité dédifférenciation cellulaire.

Le développement d'un embryon conduit à la l'apparition de plusieurs lignées de cellules possédant chacune un rôle, une forme et une localisation spatiale différente. Chez l'embryon, il y a un véritable couplage entre la différenciation cellulaire et la morphogenèse, aboutissant à la formation de tissus et d'organes distincts.

La différenciation cellulaire est un processus hautement organisé dans le temps et l'espace, et est invariable pour une espèce donnée : c'est pour cette raison qu'il y a une grande similitude entre l'organisme parent et ses descendants. Ce processus comporte deux étapes essentielles : la détermination et la spécialisation.

Le moteur de ce processus comporte deux pôles interagissant l'un avec l'autre. D'une part, les facteurs génétiques découle de l'activité organisée des gènes. D'autre par, les facteurs épigénétiques résulte de l'interaction des cellules les unes avec les autres (contact membranaire, actions hormonales, etc.). Ces deux pôles sont très intimement liés : on sait que certains gènes ne sont exprimés que si la cellule se trouve dans une conformation spatiale précise.

Enfin, les facteurs environnementaux tiennent une place prépondérante au cours de la différenciation chez les cellules végétales, au moins à certaines phase du processus. D'une façon générale, la différenciation chez les plantes est ainsi plus modelable par l'environnement que chez les animaux. Dépourvu de moyens de locomotion et de capacité de fuite si les conditions de milieu changent, l'organisme végétal doit réagir sur place : c'est une construction adaptée et tout un ensemble de facteurs écologiques peuvent modifier la mise en place de sa structure définitive. Pour souligner cette propriété, on dit que la différenciation végétale résulte d'un dialogue gènes-milieu particulièrement sensible et intense.