在空間上細胞產生差異，在時間上同壹細胞與其從前的狀態有所不同。
細胞分化的本質是基因組在時間和空間上的選擇性表達，通過不同基因表達的開啟或關閉，最終產生標誌性蛋白質。壹般情況下，細胞分化過程是不可逆的。然而，在某些條件下，分化了的細胞也不穩定，其基因表達模式也可以發生可逆性變化，又回到其未分化狀態，這壹過程稱為去分化（dedifferentiation）。
特點
細胞分化的特點包括：
1、細胞分化的潛能隨個體發育進程逐漸“縮窄”，在胚胎發育過程中，細胞逐漸由“全能”到“多能”，最後向“單能”的趨向，是細胞分化的壹般規律；
2、細胞分化具有時空性，在個體發育過程中，多細胞生物細胞既有時間上的分化，也有空間上的分化；
3、細胞分化與細胞的分裂狀態和速度相適應，分化必須建立在分裂的基礎上，即分化必然伴隨著分裂，但分裂的細胞不壹定就分化。分化程度越高，分裂能力也就越差；
4、細胞分化具有高度的穩定性，正常生理條件下，已經分化為某種特異的、穩定類型的細胞壹般不可能逆轉到未分化狀態或者成為其他類型的分化細胞；
5、細胞分化具有可塑性，已分化的細胞在特殊條件下重新進入未分化狀態或轉分化為另壹種類型細胞的現象。
近年研究發現，壹些“誘導”因子能夠將小鼠和人的體細胞（如皮膚成纖維細胞）直接重編程（reprogramming）而去分化為具有多向分化潛能的誘導多能幹細胞（induced pluripotent stem cells，iPS細胞），其中小鼠的iPS細胞已被證明具有發育全能性。
細胞分化受多種因素影響。胚胎時期，胚胎細胞間相互作用影響其分化的方向，胚胎細胞存在誘導、競爭和抑制的關系。不相鄰的遠距離的細胞主要通過激素作為相互作用的分化調節因子。細胞分化的方向可因為環境因素的影響而改變。
機制
每個專門的細胞類型在生物體表達壹個子集的所有的基因構成的基因組那的物種。每種細胞類型由其調控基因表達的特定模式定義。
因此，細胞分化是細胞從壹種細胞類型到另壹種細胞類型的轉變，並且涉及從基因表達的壹種模式向另壹種模式的轉換。發育過程中的細胞分化可以被理解為基因調控網絡的結果。調控基因及其順式調控模塊是基因調控網絡中的節點。他們接收輸入並在網絡中的其他位置創建輸出。
發育生物學的系統生物學方法強調研究發育機制如何相互作用以產生可預測模式（形態發生）的重要性。但是，最近有人提出了另壹種觀點。基於隨機基因表達，細胞分化是細胞之間發生達爾文選擇過程的結果。在這個框架中，蛋白質和基因網絡是細胞過程的結果，而不是它們的原因。
雖然進化保守的分子過程參與了這些開關背後的細胞機制，但在動物物種中，它們與細菌的特征明確的基因調控機制，甚至與動物最接近的單細胞親屬的機制完全不同。具體來說，動物的細胞分化高度依賴於調節蛋白和增強子DNA序列的生物分子縮合物。
細胞分化通常受細胞信號傳導的控制。在細胞分化的控制過程中，許多在細胞間傳遞信息的信號分子被稱為生長因子。雖然具體信號轉導的細節途徑各不相同，這些途徑通常***享以下壹般步驟。壹個細胞產生的配體與另壹細胞胞外區域的受體結合，從而引起受體的構象變化。
受體的胞質結構域的形狀改變，並且該受體獲得酶活性。然後，受體催化將其他蛋白質磷酸化的反應，從而激活它們。磷酸化反應的級聯最終激活了休眠的轉錄因子或細胞骨架蛋白，從而促進了靶細胞的分化過程。細胞和組織的能力，反應外部信號的能力可能會有所不同。
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