Meskipun mikroba atau sel hewan dapat terlihat di bawah mikroskop, bagian individu dari sel kecil mungkin sulit dibedakan karena warna di bawah mikroskop dapat tampak sama, atau sel tampak tembus pandang. Analis laboratorium yang berspesialisasi dalam analisis mikroskopis sel menggunakan metode pewarnaan untuk memberi warna pada sel, sehingga mereka dapat melihat bagian-bagiannya dengan jelas. Pewarnaan diferensial mengacu pada jenis pewarnaan yang memungkinkan analis untuk membedakan berbagai jenis sel; itu adalah istilah umum yang mencakup berbagai prosedur pewarnaan.
Ketika hewan dipecah menjadi sel-selnya, sel-sel tersebut dapat bervariasi dalam penampilan dan fungsinya. Umumnya spesies yang berbeda memiliki set sel yang tampak individual di bawah mikroskop. Contoh umum dari perbedaan antara spesies dan kelompok adalah cara sebagian besar bakteri dapat dibagi menjadi dua kelompok berdasarkan reaksi mereka terhadap jenis pewarnaan tertentu yang disebut pewarnaan Gram. Hans Christian Gram adalah ahli mikrobiologi Denmark yang pertama kali menemukan pewarna pada tahun 1844, yang masih digunakan secara umum sebagai langkah pertama yang berguna untuk identifikasi bakteri di lingkungan laboratorium.
Dalam pewarnaan diferensial, sampel populasi bakteri diperlakukan dengan set pewarna dalam proses yang melibatkan langkah-langkah seperti pemanasan dan pencucian sampel, sehingga pewarna masuk ke semua sel. Berbagai langkah menggunakan pewarna seperti kristal violet dan fuchsin, bersama dengan zat lain seperti alkohol dan yodium untuk membantu memperbaiki warna. Sel yang tampak merah muda diidentifikasi sebagai Gram negatif, sedangkan sel berwarna biru pada akhir proses adalah Gram positif. Perbedaan warna ini membantu ahli mikrobiologi menentukan jenis dinding sel mana yang dimiliki spesies, yang membantu mempersempit daftar spesies yang mungkin dimiliki sampel yang tidak diketahui. Selain menunjukkan jenis Gram, proses pewarnaan diferensial membuat bentuk dan susunan sel lebih jelas, yang juga membantu dalam identifikasi.
Sel hewan juga dapat disortir di bawah mikroskop dengan pewarnaan diferensial. Misalnya, sel-sel yang bersirkulasi dalam darah bereaksi berbeda terhadap noda tertentu. Contohnya adalah pewarna Wright, yang menggabungkan pewarna seperti eosin dan biru metilen, dan yang dapat memberi tahu analis laboratorium jenis sel darah apa yang ada dalam sampel dan pada konsentrasi apa. Misalnya, sel eosinofil cenderung mengambil banyak pewarnaan eosin dibandingkan dengan sel darah lainnya. Analis umumnya menggunakan pewarnaan noda yang diidentifikasi melalui pewarnaan diferensial bersama dengan karakteristik sel lainnya seperti ukuran, bentuk dan struktur internal untuk mengetahui sel mana yang ada dalam sampel.