Celledifferensiering er en prosess som en celle går gjennom i utviklingen mot en spesialisert type celle. I flercellede organismer kommer alle celler fra én celle: den befruktede eggcellen, også kalt zygoten.
Hos mennesket regner vi med noe over 300 ulike celletyper i kroppen. Eksempler er hudceller, blodceller, muskelceller og nerveceller. Cellene varierer i størrelse, fasong og funksjon. De fleste celler har dimensjoner rundt 10–20 mikrometer, men tverrstripede muskelceller og glatte muskelceller i livmoren kan bli mange centimeter lange. De lengste nervecellene har utløpere som er like lange som kroppen vår.
Med få unntak er DNA-et nøyaktig det samme i alle cellene i kroppen. Differensieringen til ulike celletyper skyldes først og fremst at ulike celler avleser ulike sett med gener. Dette kontrolleres gjennom en rekke ulike signalmolekyler, enten avgitt lokalt mellom naboceller (lokalhormoner), tømt fra nerveutløpere (transmittersubstanser) eller sendt av sted fra fjerntliggende celler (hormoner). I tillegg kan cellene bli påvirket gjennom mekaniske signaler, for eksempel ved at de strekkes utover eller presses sammen.
Under fosterutviklingen blir cellene gradvis mer spesialiserte. I begynnelsen er cellene totipotente og kan differensiere seg til alle celletyper, inkludert cellene i morkaken og annet støttevev. Senere utvikler noen av cellene seg til pluripotente stamceller som kan bli til alle celletyper i fosterets kropp. De pluripotente stamcellene differensierer seg videre for å danne organer som hud, tarm og hjerte. I den voksne organismen vil det fortsatt eksistere stamceller som deler seg for å erstatte tapt eller skadet vev. Stamcellene i den voksne organismen kan kun differensiere seg til én eller et bestemt utvalg celletyper. For eksempel vil blodstamceller kunne differensiere seg til røde blodceller, ulike hvite blodceller eller blodplater. Se hematopoese.