Kantasolujen erilaistuminen on prosessi, jossa erikoistumaton kantasolu kehittyy tietyntyyppiseksi kudokseksi, kuten kypsä punasolu. Tämä tapahtuu kaikissa elämänvaiheissa alkuvaiheen hyvin varhaisesta kehityksestä aikuisuuteen, koska keho tarvitsee jatkuvasti uusia erikoissoluja toimimaan. Solujen erilaistumiseen liittyy useita tekijöitä, mukaan lukien ympäristö- ja biologiset laukaisijat eri solutyypeille.
Erilaisten solujen lukumäärä, johon kantasolu voi kypsyä, heijastuu sen voimakkuudesta. Totipotentti solu voi kehittyä minkä tahansa tyyppiseksi soluksi kypsyydessä. Tällaisia soluja esiintyy alkion kehityksen alkuvaiheessa, jolloin jokaisen solun on kyettävä synnyttämään erilaisia soluja alkion kehittymiseksi. Alkionkehityksen edetessä kantasoluista tulee luonteeltaan pluripotentteja, ja ne kykenevät erilaisiin solutyyppeihin, mutta eivät kaikkiin.
Monipotentit kantasolut voivat erilaistua useiksi toisiinsa liittyviksi solutyypeiksi. Esimerkiksi hematopoieettiset solut, jotka synnyttävät erilaisia verisoluja, voivat läpikäyä kantasolujen erilaistumisen muuttuakseen valkoisiksi tai punasoluiksi. Ne eivät kuitenkaan voi muuttua vatsan limakalvoiksi tai neuroneiksi. Tämän tyyppisiä monivoimisia soluja esiintyy yleisesti aikuisissa organismeissa toimittamaan jatkuvasti uusia soluja kuluneiden ja vaurioituneiden vanhempien solujen korvaamiseksi.
Kantasolujen erilaistumisessa kantasolu vastaanottaa signaalin kypsymisen aloittamiseksi. Solu voi käydä läpi useita elämänvaiheita ennen kuin siitä tulee kypsä solu. Missä tahansa vaiheessa voi tapahtua virhe, ja solu voi muuttua epämuodostuneeksi tai kehittää muita ongelmia. Immuunijärjestelmä valvoo tällaisia soluja, jotta se voi puuttua tuhoamaan ne ja kierrättää niiden komponentit ennen kuin heillä on mahdollisuus kehittyä täysin ja aiheuttaa ongelmia. Keho tarvitsee jatkuvasti uusia veri- ja ihosoluja, muun muassa, ja luottaa kantasolujen erilaistumiseen vastatakseen tähän tarpeeseen.
Tieteelliset tutkijat ovat erityisen kiinnostuneita alkion kantasolujen erilaistumisesta niiden totipotenttisten ja pluripotenttisten ominaisuuksien vuoksi. He tutkivat alkion kehitystä saadakseen lisätietoja solujen kypsymisestä ja järjestyksestä, jossa eri rakenteet esiintyvät alkion kehittyessä. Tämä voi antaa tärkeää tietoa synnynnäisistä vikoista sekä organismin biologisesta historiasta. Monilla organismeilla on rinnakkainen alkion kehitys tiettyyn vaiheeseen saakka, jolloin ne alkavat näyttää radikaalisti erilaisilta aivan kuten eri lajien täysin kypsät yksilöt. Nämä samankaltaisuudet kehityksessä voivat viitata eri organismien evoluutiohistoriaan.