Deși microbii sau celulele animale pot fi vizibile la microscop, părțile individuale ale celulei minuscule pot fi greu de diferențiat, deoarece culorile la microscop pot apărea la fel sau celula poate apărea transparentă. Analiștii de laborator care sunt specializați în analiza microscopică a celulelor folosesc metode de colorare pentru a conferi culori celulei, astfel încât să poată vedea părțile clar. Colorarea diferențială se referă la tipul de colorare care permite analistului să deosebească diferite tipuri de celule; este un termen general care cuprinde o varietate de proceduri de colorare.
Când un animal este descompus în celulele sale, celulele pot varia în aspect și în funcție. De obicei, diferite specii au seturi de celule care apar individuale la microscop. Un exemplu comun al diferențelor dintre specii și grupuri este modul în care majoritatea bacteriilor pot fi împărțite în două grupuri, în funcție de reacția lor la un anumit tip de pată numită colorație Gram. Hans Christian Gram a fost un microbiolog danez care a inventat pentru prima dată pata în 1844, care este încă folosită ca prim pas util de identificare a bacteriilor într-un cadru de laborator.
În colorația diferențială, o probă dintr-o populație bacteriană este tratată cu seturi de coloranți într-un proces care implică pași precum încălzirea și spălarea probelor, astfel încât colorantul să intre în toate celulele. Diferiții pași folosesc coloranți precum violetul cristal și fucsinul, împreună cu alte substanțe precum alcoolul și iodul pentru a ajuta la fixarea culorii. Celulele care apar roz sunt identificate ca Gram negative, în timp ce celulele de culoare albastră la sfârșitul procesului sunt Gram pozitive. Această diferență de culoare îl ajută pe microbiolog să identifice tipul de perete celular al speciei, ceea ce ajută la restrângerea posibilei liste de specii căreia îi aparține o probă necunoscută. Pe lângă indicarea tipului Gram, procesul de colorare diferențială face formele și aranjamentele celulelor mai evidente, ceea ce ajută și la identificare.
Celulele animale pot fi, de asemenea, sortate la microscop cu colorare diferențială. De exemplu, celulele care circulă în sânge reacţionează diferit la anumite pete. Un exemplu este colorația lui Wright, care încorporează coloranți precum eozina și albastrul de metilen și care poate spune unui analist de laborator ce tipuri de celule sanguine sunt prezente într-o probă și la ce concentrație. De exemplu, o celulă eozinofilă tinde să ia o mulțime de colorare a eozinei în comparație cu alte celule sanguine. Analiștii folosesc, în general, colorarea petei identificată prin colorare diferențială împreună cu alte caracteristici ale celulei, cum ar fi dimensiunea, forma și structurile interne, pentru a afla care celule sunt într-o probă.