Iako mikrobi ili životinjske stanice mogu biti vidljivi pod mikroskopom, pojedine dijelove male stanice može biti teško razlikovati jer se boje pod mikroskopom mogu činiti slične ili se stanica čini prozirnom. Laboratorijski analitičari koji su specijalizirani za mikroskopsku analizu stanica koriste metode bojenja kako bi dali boje stanici, tako da mogu jasno vidjeti dijelove. Diferencijalno bojenje odnosi se na vrstu bojenja koja omogućuje analitičaru da razlikuje različite tipove stanica; to je opći pojam koji obuhvaća razne postupke bojenja.
Kada se životinja razbije na svoje stanice, stanice se mogu razlikovati po izgledu i funkciji. Obično različite vrste imaju skupove stanica koje se pod mikroskopom čine pojedinačnim. Uobičajeni primjer razlike između vrsta i skupina je način na koji se većina bakterija može podijeliti u dvije skupine na temelju njihove reakcije na određenu vrstu mrlje koja se zove Gramova boja. Hans Christian Gram bio je danski mikrobiolog koji je prvi izumio mrlju 1844. godine, koja je još uvijek u uobičajenoj upotrebi kao koristan prvi korak u identifikaciji bakterija u laboratorijskom okruženju.
Kod diferencijalnog bojenja, uzorak bakterijske populacije tretira se skupovima boja u procesu koji uključuje korake poput zagrijavanja i pranja uzoraka, tako da boja dospijeva u sve stanice. Različiti koraci koriste boje poput kristalno ljubičaste i fuksina, zajedno s drugim tvarima poput alkohola i joda kako bi se popravila boja. Stanice koje izgledaju ružičaste identificirane su kao gram negativne, dok su stanice plave boje na kraju procesa gram pozitivne. Ova razlika u boji pomaže mikrobiologu da odredi koji tip stanične stijenke vrsta ima, što pomaže suziti mogući popis vrsta kojima pripada nepoznati uzorak. Osim što ukazuje na tip Grama, proces diferencijalnog bojenja čini oblike i raspored stanica jasnijim, što također pomaže u identifikaciji.
Životinjske stanice također se mogu sortirati pod mikroskopom s diferencijalnim bojenjem. Na primjer, stanice koje cirkuliraju u krvi različito reagiraju na određene mrlje. Primjer je Wrightova mrlja, koja uključuje boje poput eozina i metilenskog plavog, i koja laboratorijskom analitičaru može reći koje su vrste krvnih stanica prisutne u uzorku i u kojoj koncentraciji. Na primjer, eozinofilna stanica ima tendenciju preuzimanja puno boje eozina u usporedbi s drugim krvnim stanicama. Analitičari općenito koriste bojenje mrlja identificirano diferencijalnim bojenjem zajedno s drugim karakteristikama stanica kao što su veličina, oblik i unutarnje strukture kako bi otkrili koje se stanice nalaze u uzorku.