在胚胎发育的早期，各个细胞彼此相似。通过体细胞的有丝分裂，细胞的数量越来越多。与此同时，这些细胞逐渐向不同方面发生了变化。像这样，在个体发育中，相同细胞的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程，叫做细胞分化。
细胞分化的过程大致是：细胞分裂所产生的新细胞，起初在形态、结构方面都很相似，并且都具有分裂能力。后来除了一小部分细胞仍然保持着分裂能力以外，大部细胞失去了分裂能。在生长过程中，这些细胞各自具有了不同的功能，它们在形态、结构上也逐渐发生了变化，结果就逐渐形成了不同的组织。
生物体的各种组织就是通过细胞分化而形成的。如植物的分生组织细胞通过不断的分裂、分化形成不同的组织。可见，组织的形成是细胞分化的结果。
细胞分化是一种持久性的变化，它发生在生物体的整个生命进程中，但是在胚胎时期达到最大限度。
经过细胞分化，在多细胞生物体内就会形成各种不同的细胞和组织。例如，在动物胚胎发育过程中，红细胞和心肌细胞都是来自中胚层。但是，后来红细胞能够合成血红蛋白，而心肌细胞则能够合成肌动蛋白和肌球蛋白。这两种细胞的稳定性变异是不可逆转的。
