U vícebuněčných organismů dochází k procesu diferenciace (viz G0 fáze v kapitole buněčný cyklus), díky němuž se buňky svou stavbou přizpůsobují roli, kterou mají v organismu vykonávat. Všechny buňky organismu jsou sice vybaveny stejnou genovou výbavou, ale v konkrétní buňce dochází k realizaci pouze části genetické informace (např. působením hormonů, různých růstových faktorů apod.; které geny nakonec budou v buňce přepisovány záleží na přítomnosti specifických transkripčních faktorů). V průběhu vývoje organismu je takováto diferenciace nesmírně důležitá, neboť jen plně vyvinuté tkáně mohou plnit svojí fyziologickou úlohu na 100 %.

V časných embryonálních stádiích jsou ještě buňky nediferencované, mají schopnost změnit se prakticky v jakýkoliv typ buňky (tato schopnost se označuje jako totipotence. V průběhu vývoje se buňky stále více specializují a diferencují až se z nich nakonec stávají plně diferencované buňky. Typickým příkladem plně specializované buňky, která se již dále nemění a nevyvíjí je nervová buňka - neuron. I u dospělého organizmu nacházíme buňky, které jsou stále schopné diferenciace do několika různých typů buněk. Patří sem například kmenové buňky krvetvorné kostní dřeně, ze kterých se mohou vyvinout různé typy krevních buněk (krvinek). Schopnost diferencovat se v několik různých typů buněk (ovšem v omezené množství typů) se označuje jako pluripotence.

V průběhu ontogenetického vývoje jedince i v průběhu života dochází k velkému "koloběhu" buněk, kdy řada buněk hyne, nebo je dokonce cíleně odstraňována. Tyto nepotřebné, staré nebo poškozené tedy potom hynou nekrózou nebo apoptózou.

Obrázek 1 - Schéma diferenciace buněk v krvetvorné kostní dřeni člověka.