定义
细胞分化（cell differentiation）指在个体发育中，由一种相同的细胞类型，经细胞分裂后逐渐在形态，结构和功能上形成稳定性差异，产生不同细胞类群的过程。
实质：基因特异性表达
细胞分化的实质是基因在时间与空间上的选择性表达。这体现在决定细胞功能与命运的特异性转录因子网络的建立。
每种细胞的分化都是由多种调控蛋白共同参与组成，这种调控方式被称为组合调控（combinational control）。假设有 N 个基因，每个基因都有 ON 与 OFF 两个状态，如果没有组合调控，则细胞只有 N 个状态；如果有组合调控，则细胞有 2N个状态。
虽然组合调控中由多种基因，但存在数个对分化起决定作用的基因：主导基因（master gene）
单细胞生物的分化
单细胞生物甚至原核生物为适应外界生活环境的改变也存在细胞分化，单细胞有机体细胞分化多为直接适应外界环境的改变。比如，在氮源不足的情况下，蓝细菌将分化出有固氮功能的异形胞