Après les étapes de division et d'élongation, les cellules vont se différencier, c'est à dire se modifier structuralement en se spécialisant physiologiquement.

Une seule étape de différenciation ne peut donc servir de modèle. Dans un organe aussi simple que la racine, les cellules, selon leur position par rapport à l'axe, les caractéristiques du tissus méristématique (procambium, méristème de coiffe) dont elles sont issues et leur proximité vis à vis du milieu extérieur, vont se spécialiser différemment.

On peut séparer artificiellement certains types cellulaires :

• Les cellules de surface (rhizoderme pour les auteurs français, épiderme dans les ouvrages anglo-saxons) : elles vont se différencier en cellules protectrices vis à vis du milieu extérieur et pour certaines d'entre-elles en cellules absorbantes (poils absorbants).
• Les cellules de l'écorce : elles vont se différencier en cellules de parenchyme cortical qui jouera un rôle important dans l'accumulation de réserves au niveau de ses vacuoles et de ses amyloplastes. Certaines d'entre elles (les plus profondes : l'endoderme) joueront un rôle clé dans le transfert de substances.
• Les cellules du procambium : elles vont se différencier en partie en cellules conductrices (tubes criblés conducteurs de la sève élaborée et trachéides et vaisseaux, conducteurs de la sève brute), en cellules d'accompagnement et en cellules maintenues avec un fort pouvoir méristématique (péricycle). Dans ce dernier cas, cette absence de différenciation ou différenciation retardée permettra la formation de racines secondaires (organogenèse) ou la réalisation de cambium et donc la formation de tissus conducteurs secondaires.

On peut prendre comme exemple d'une différenciation assez générale, celle de l'appareil vacuolaire, qui touche tous les types cellulaires avec des particularités parfois différentes. Pour la mettre en évidence, faisons germer des grains de blé sur de la gélose contenant du Rouge Neutre, colorant vital des vacuoles.

Germinations de blé sur un milieu contenant du Rouge Neutre. Les racines qui pénètrent dans le milieu absorbent le colorant.

En suivant les tissus à partir de la pointe sur une racine prélevée dans ce milieu, on peut voir l'évolution du système vacuolaire.

Les cellules de la coiffe sont particulièrement colorées. Ce sont des cellules qui se différencient vite et possèdent de grandes vacuoles (roses)vers lesquelles confluent des petites vacuoles périphériques (rouges). A droite, la position du noyau est visible comme un espace clair, non coloré.

Cellules méristématiques (centre quiescent). Les cellules sont isodiamétriques. Le centre clair est occupé par le noyau dont la structure n'est pas visible. Il est entouré de très nombreuses petites vacuoles.

Cellules de la zone de division (procambium). Le noyau central est entouré, aux deux pôles de la cellule, par deux grosses vacuoles et par des petites très nombreuses qui confluent progressivement entre elles.	Cellule en fin d'élongation. La vacuole est maintenant unique et prend la plus grande place dans la cellule. Le noyau est encore visible comme un espace clair.

C'est par la confluence d'un réseau de nombreuses petites vacuoles que la vacuole unique des cellules se construit.

File de cellules dans une région à forte vitesse de division. Les cellules sont très courtes dans le sens longitudinal. On observe très nettement les très nombreuses petites vacuoles qui confluent pour en former une grande. La photographie de droite a été obtenue en interposant un filtre vert. Les vacuoles rouges apparaissent ainsi en noir.