細胞分裂和細胞分化是多細胞生物個體發育過程中的兩個重要事件，兩者之間有密切的關系。通常細胞在分裂的基礎上進行分化，而早期胚胎細胞的不對稱分裂所引起的細胞質中轉錄因子的差異制約著細胞分化方向和進程。
細胞分化發生于細胞分裂的G1期，在早期胚胎發育階段特別是卵裂過程中，細胞快速分裂，G1期很短或幾乎沒有G1期，此時細胞分化減慢。細胞分裂旺盛時細胞分化變緩，分化較高時分裂速度減慢是個體生長發育的一般規律。
例如，哺乳動物的表皮角質層細胞等終末細胞分化程度較高，分裂頻率明顯減慢，而高度分化的細胞，如神經元和心肌細胞則很少分裂或完全失去分裂能力。
細胞分化與細胞分裂伴隨發生但不完全平行。例如，有的細胞在下一步分化開始之前要先經過多次分裂；而來自一個同源群的細胞在進行分裂前可能處于不同的分化程度，桑椹胚(morula)和成體的軟骨細胞都是明顯的例子。
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