Seluruh hewan multisel, termasuk manusia, terbentuk dari persatuan antara gamet jantan dan gamet betina yang memulai kehidupan sebagai zigot, sel tunggal, pembuahan bukanlah akhir proses produksi seksual namun sebenarnya merupakan permulaan serangkaian perubahan yang dikerjakan dengan seksama dan teratur rapi yang akhirnya menghasilkan spesies yang dewasa. Pola perkembangan beragam antara spesies-spesies dan saling tumpang tindih.
Sel tersusun dari sitoplasma yang dibatasi membran plasma dan dibagi menjadi kompatmen oleh organel dan sitoskeleton. Ketika sel terspesialisasi untuk fungsi baru pada perkembangan, sel-sel memperoleh ciri baru, sering komposisi organel dan posisinya di dalam sel berubah ketika sel secara individual terdiferensiasi menjadi anggota jaringan khusus, secara skematis:
Sel → Jaringan → Organ → Sistem organ → Individu.
Diferensiasi sel melibatkan pembatasan nasib sel dan penampilan perangkat gen spesifik untuk memproduksi protein-protein yang sesuai penampilan fungsi khususnya. Selama diferensiasi, sel menuju ke suatu titik yang tidak ada lagi stimulus eksternal dapat merubah nasibnya; sesudah titik ini dilalui sel menjadi terdeterminasi (dikekalkan).
Diferensiasi adalah suatu proses yang teratur, sel yang berbeda dalam batas-batas tertentu, dengan disertai cara yang dapat diramalkan. Selanjutnya sel yang berbeda bergabung dalam suatu kelompok tertentu dan mempunyai struktur dasar yang sama yang disebut multiseluler. Kelompok-kelompok sel yang terdiri dari sel-sel yang mempunyai ciri-ciri struktur dan funsi yang sama disebut jaringan.
Jaringan-jaringan bergabung menjadi bagian-bagian tubuh yang melaksanakan satu atau beberapa fungsi yang berbeda untuk seluruh organismenya. Bagian tubuh demikian misalnya daun/ jantung disebut organ. Organ dapat dipandang sebagai bagian daripada kelompok organ yang melaksanakan suatu fungsi organ. Kelompok organ disebut sistem organ, selanjutnya sistem organ membentuk kesatuan utuh yang disebut organisme.
Perkembangan embrionik yaitu perkembangan setelah fertilisasi sel telur dengan sperma sampai bebentuk zigot. Perkembangan embrionik meliputi : Morula → Blastula → Gastrula → Neuralasi → Morfogenesis → Diferensiasi dan spesialisasi jaringan → Imbas Embrionik → Organogenesis.
Sel-sel mengalami diferensiasi sel. Sel-sel didalam setiap lapisan menyusun organ tertentu :
- Ektoderm berdiferensiasi menjadi lapisan terluar tubuh (kulit) dari sistem syaraf.
- Endoderm berdiferensiasi menjadi ephitelium slauran pencernaan beserta organ-organ pendukungnya dan saluran pernafasan.
- Mesoderm berdiferensiasi menjadi penyusun dermis, jaringan ikat, otot, tulang dan pembuluh darah.
Sel-sel tersebut mengalami diferensiasi yang spesifik sesuai dengan fungsinya
Sel-sel dari anggota tubuh yang sedang regenerasi diatur dan berdiferensiasi sekali lagi menjadi otot, tulang dan jaringan lainnya yang menjadikan kaki fungsional. Studi regenerasi mengungkapkan bahwa sel-sel dewasa dari jaringan tertentu yang telah berdiferensiasi, misalnya epidermis, mensintesis dan menghasilkan zat yang secara aktif menghambat mitsosis sel-sel muda dari jaringan yang sama. Zat ini disebut kalona
Sel-sel otot, sel-sel darah dan sel syaraf merupakan hasil diferensiasi sel. Sel-sel otot terspesialisasi untuk berkontraksi, mengandung protein kontraktil. Sel otot ada 3 macam yaitu : otot polos, otot lurik dan otot jantung. Darah merupakan medium transport dari sistem sirkulasi. Darah tersusun dari 3 unsur yaitu sel-sel darah merah (eritrosit), sel-sel darah putih (leukosit) dan keping-keping darah atau trombosit. Dan jaringan syaraf mempunyai fungsi utama sebagai pembuat pesan kimiawi (penghantar syaraf dan hormon-hormon) dan perkembangan saluran komunikasi untuk koordinasi fungsi-fungsi tubuh.
Dalam biologi perkembangan, diferensiasi sel adalah proses ketika sel kurang khusus menjadi jenis sel yang lebih khusus. Diferensiasi terjadi beberapa kali selama perkembangan organisme multiselular ketika organisme berubah dari zigot sederhana menjadi suatu sistem jaringan dan jenis sel yang rumit. Diferensiasi adalah proses yang lazim pada makhluk dewasa: sel punca dewasa terpisah dan menciptakan sel anak yang terdiferensiasi sepenuhnya selama perbaikan jaringan dan perputaran sel normal.
Diferensiasi secara dramatis mengubah ukuran, bentuk, potensial membran, aktivitas metabolis, dan ketanggapan sel terhadap sinyal. Perubahan-perubahan itu sebagian besar diakibatkan oleh modifikasi ekspresi gen yang sangat terkontrol. Dengan sejumlah pengecualian, diferensiasi sel hampir tidak pernah mengubah urutan DNA-nya sendiri. Karena itu, beberapa sel bisa memiliki ciri khas fisik yang sangat berbeda meski memiliki genom yang sama.
Sebuah sel yang mampu mendiferensiasikan dirinya ke semua jenis sel organisme dewasa disebut pluripoten. Sel-sel seperti itu disebut sel punca embrio pada hewan dan sel meristem pada tumbuhan yang lebih tinggi. Sebuah sel yang mampu mendiferensiasikan diri ke semua jenis sel, termasuk jaringan plasenta, disebut totipoten. Pada mamalia, hanya zigot dan blastomer akhir yang totipoten, sementara pada tumbuhan banyak sel diferensiasi yang menjadi totipoten melalui serangkaian teknik laboratorium sederhana. Dalam sitopatologi, tingkat diferensiasi sel dipakai untuk mengukur perkembangan kanker. “Grade” adalah penanda diferensiasi suatu sel di dalam tumor.