Ehkki mikroobid või loomarakud on mikroskoobi all nähtavad, võib väikese raku üksikuid osi olla raske eristada, kuna mikroskoobi all olevad värvid võivad paista ühesugused või rakk on läbipaistev. Rakkude mikroskoopilisele analüüsile spetsialiseerunud laboratoorsed analüütikud kasutavad värvimismeetodeid, et anda rakule värve, et nad näeksid osi selgelt. Diferentsiaalne värvimine viitab värvimise tüübile, mis võimaldab analüütikul eristada erinevat tüüpi rakke; see on üldmõiste, mis hõlmab erinevaid värvimisprotseduure.
Kui loom jaotatakse rakkudeks, võivad rakud olla erineva välimuse ja funktsiooniga. Tavaliselt on erinevatel liikidel rakukomplektid, mis näivad mikroskoobi all üksikud. Üldine näide liikide ja rühmade erinevusest on viis, kuidas enamik baktereid saab jagada kahte rühma, lähtudes nende reaktsioonist teatud tüüpi plekkidele, mida nimetatakse Grami plekiks. Hans Christian Gram oli Taani mikrobioloog, kes leiutas esmakordselt 1844. aastal peitsi, mida kasutatakse siiani laialdaselt kui kasulikku esimest sammu bakterite tuvastamisel laboritingimustes.
Diferentsiaalvärvimisel töödeldakse bakteripopulatsiooni proovi värvainete komplektidega protsessis, mis hõlmab selliseid etappe nagu proovide kuumutamine ja pesemine, nii et värvaine satuks kõikidesse rakkudesse. Erinevates etappides kasutatakse värvi fikseerimiseks värvaineid, nagu kristallviolet ja fuksia, ning muid aineid, nagu alkohol ja jood. Roosad rakud on identifitseeritud gramnegatiivseteks, samas kui protsessi lõpus on sinised rakud grampositiivsed. See värvierinevus aitab mikrobioloogil täpselt kindlaks teha, millist tüüpi rakuseina liigil on, mis aitab kitsendada võimalikku liikide loendit, kuhu tundmatu proov kuulub. Lisaks Grami tüübi näitamisele muudab diferentsiaalne värvimisprotsess rakkude kuju ja paigutuse selgemaks, mis aitab ka tuvastada.
Loomarakke saab sorteerida ka mikroskoobi all diferentsiaalvärvimisega. Näiteks reageerivad veres ringlevad rakud teatud plekkidele erinevalt. Näiteks on Wrighti plekk, mis sisaldab värvaineid nagu eosiin ja metüleensinine ning mis võib labori analüütikule öelda, millist tüüpi vererakke proovis leidub ja millises kontsentratsioonis. Näiteks kipub eosinofiilrakk võtma palju eosiinivärvi võrreldes teiste vererakkudega. Analüütikud kasutavad tavaliselt diferentsiaalvärvimise teel tuvastatud plekkide värvust koos muude raku omadustega, nagu suurus, kuju ja sisemised struktuurid, et välja selgitada, millised rakud proovis on.