En biologie humaine, la différenciation est le processus normal qui aboutit, à partir d’une cellule « totipotente » (qui a tous les potentiels évolutifs), à une cellule spécialisée (une cellule cutanée par exemple). Le processus inverse est la dédifférenciation, utilisé en recherche fondamentale : on peut prendre une cellule différenciée, la faire revenir en arrière (dédifférenciation) pour la différencier ensuite en une cellule différente de ce qu’elle était au départ.
En histologie (étude des tissus au microscope), la différenciation compare les cellules tumorales aux cellules normales en termes d’apparence et de fonctions. Les cellules tumorales bien différenciées se rapprochent des cellules normales, ce qui est un critère de bon pronostic. On parle également de tumeur de « bas grade ». C’est l’inverse pour les cellules tumorales peu différenciées ou indifférenciées. L’indifférenciation de ces tumeurs de « haut grade » est un élément de mauvais pronostic.