细胞分化是胚胎细胞分裂后，未定形的细胞在形态和生化组成上向专一性或特异性方向发展，或由原来较简单具有可朔性的状态向异样化稳定状态发展的过程，也就是说细胞分化是指同一来源的细胞逐渐发生各自特有的形态结构，生理功能和生化特征的过程。细胞分化时的主要特征是细胞出现不同的形态结构和合成组织特异性蛋白质，演变成特定表型的细胞类型。其结果是在空间上，细胞之间出现差异；在时间上同一细胞和它以前的状态有所不同。从本质上说，细胞分化是从化学分化到形态、功能分化的过程。

细胞分化严格地讲，是指多细胞生物在由一个细胞分裂而来的子细胞群体内，产生出形态上和功能上具有质的差别的两种类型以上的细胞的现象。这种现象的产生，包含着在原来未能察觉的特殊细胞的某种特征出现的过程。因此，细胞分化不是特指细胞群体间的差别，而且也往往使用于具有某种类型的细胞特征的出现。细胞分化的结果原则上是稳定的，特别是动物细胞，在细胞分化后再分化成其他类型的细胞只是例外。在已分化的细胞中，有的可能增殖，有的不能增殖。前者在增殖时往往部分发生脱分化。关于细胞分化的原因，现在认为不在于基因组成的变化，推测只是由某种特定基因活动的结果，或是其活动范围扩大的结果。