Αν και τα μικρόβια ή τα ζωικά κύτταρα μπορούν να είναι ορατά στο μικροσκόπιο, τα μεμονωμένα μέρη του μικροσκοπικού κυττάρου μπορεί να είναι δύσκολο να διαφοροποιηθούν, καθώς τα χρώματα κάτω από το μικροσκόπιο μπορεί να φαίνονται ίδια ή το κύτταρο φαίνεται διαφανές. Οι εργαστηριακοί αναλυτές που ειδικεύονται στη μικροσκοπική ανάλυση των κυττάρων χρησιμοποιούν μεθόδους χρώσης για να μεταδώσουν χρώματα στο κύτταρο, ώστε να μπορούν να δουν καθαρά τα μέρη. Η διαφορική χρώση αναφέρεται στον τύπο χρώσης που επιτρέπει στον αναλυτή να ξεχωρίζει διαφορετικούς τύπους κυττάρων. είναι ένας γενικός όρος που περιλαμβάνει μια ποικιλία διαδικασιών χρώσης.
Όταν ένα ζώο διασπάται στα κύτταρά του, τα κύτταρα μπορεί να διαφέρουν σε εμφάνιση και λειτουργία. Συνήθως διαφορετικά είδη έχουν σύνολα κυττάρων που φαίνονται μεμονωμένα στο μικροσκόπιο. Ένα κοινό παράδειγμα της διαφοράς μεταξύ ειδών και ομάδων είναι ο τρόπος με τον οποίο τα περισσότερα βακτήρια μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες με βάση την αντίδρασή τους σε ένα συγκεκριμένο είδος χρώσης που ονομάζεται χρώση Gram. Ο Hans Christian Gram ήταν ένας Δανός μικροβιολόγος που εφηύρε για πρώτη φορά τον λεκέ το 1844, ο οποίος εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ως ένα χρήσιμο πρώτο βήμα βακτηριακής ταυτοποίησης σε εργαστηριακό περιβάλλον.
Στη διαφορική χρώση, ένα δείγμα ενός βακτηριακού πληθυσμού υποβάλλεται σε επεξεργασία με σετ χρωστικών σε μια διαδικασία που περιλαμβάνει βήματα όπως θέρμανση και πλύσιμο των δειγμάτων, έτσι ώστε η χρωστική να εισέλθει σε όλα τα κύτταρα. Τα διάφορα στάδια χρησιμοποιούν βαφές όπως η κρυσταλλική βιολέτα και το φούξιν, μαζί με άλλες ουσίες όπως το αλκοόλ και το ιώδιο για να διορθώσουν το χρώμα. Τα κύτταρα που φαίνονται ροζ αναγνωρίζονται ως αρνητικά κατά Gram, ενώ τα κελιά μπλε χρώματος στο τέλος της διαδικασίας είναι θετικά κατά Gram. Αυτή η χρωματική διαφορά βοηθά τον μικροβιολόγο να εντοπίσει ποιον τύπο κυτταρικού τοιχώματος έχει το είδος, κάτι που βοηθά να περιορίσει την πιθανή λίστα των ειδών στα οποία ανήκει ένα άγνωστο δείγμα. Εκτός από την ένδειξη του τύπου Gram, η διαδικασία διαφορικής χρώσης κάνει πιο εμφανή τα σχήματα και τις διατάξεις των κυττάρων, κάτι που βοηθά επίσης στην αναγνώριση.
Τα ζωικά κύτταρα μπορούν επίσης να ταξινομηθούν κάτω από το μικροσκόπιο με διαφορική χρώση. Για παράδειγμα, τα κύτταρα που κυκλοφορούν στο αίμα αντιδρούν διαφορετικά σε συγκεκριμένους λεκέδες. Ένα παράδειγμα είναι η χρώση του Wright, η οποία ενσωματώνει βαφές όπως ηωσίνη και το μπλε του μεθυλενίου, και η οποία μπορεί να πει σε έναν εργαστηριακό αναλυτή ποιοι τύποι κυττάρων αίματος υπάρχουν σε ένα δείγμα και σε ποια συγκέντρωση. Για παράδειγμα, ένα ηωσινόφιλο κύτταρο τείνει να καταλαμβάνει πολύ χρωματισμό ηωσίνης σε σύγκριση με άλλα κύτταρα του αίματος. Οι αναλυτές γενικά χρησιμοποιούν χρωματισμό λεκέδων που προσδιορίζεται μέσω διαφορικής χρώσης μαζί με άλλα χαρακτηριστικά κυττάρου όπως το μέγεθος, το σχήμα και οι εσωτερικές δομές για να καταλάβουν ποια κύτταρα βρίσκονται σε ένα δείγμα.