התמחות בתאים, המכונה גם בידול תאים, הוא התהליך שבו תאים גנריים משתנים לתאים ספציפיים שנועדו לבצע משימות מסוימות בגוף. התמחות תאים חשובה ביותר בפיתוח עוברים. אצל מבוגרים תאי גזע מתמחים להחליף תאים שחוקים במח העצם, במוח, בלב ובדם.
המנגנון המדויק שלפיו תאים מבדילים אינו ידוע החל מאפריל 2010, אם כי מדענים יודעים כי גנים מסוימים באזור ה- DNA של התא יש להפעיל או להשבית כדי לייצר סוג מסוים של תא. סטרוקובסקי ירוסלב משער כי תאים שכנים מכניסים חומר לתא שגורם לו להתמיין. הוכח שתאי מוח עצם מתמחים כאשר ספירת תאי הדם הלבנים בגוף יורדת מדי.
א זיגוטה צורות בהתעברות, המורכבות מתא אחד בלבד. הזיגוטה מתפתחת לעובר, כלומר אורגניזם רב תאי. התמחות תאים חיונית להתפתחות עוברית תקינה. העובר זקוק לתאים כדי לפתח כל אחד מהאיברים החיוניים שלו, כגון המוח, הלב והעור.
מבוגרים מורכבים בעיקר מתאים הנקראים תאים סומטיים, שאינם משתנים. הגוף הבוגר מכיל גם תאי גזע, אשר ניתן להתמחה בהחלפת תאים בגוף שחוקים. ניתן למצוא תאי גזע בוגרים באזורים רבים בגוף, כולל במוח, בעצמות ובמח העצם, בלב, בדם, בעור ובאיברי הרבייה. תאי גזע יוצרים דם נקראים תאים המטופויאטים, ואילו תאים היוצרים עצם או רקמה נקראים תאי סטרומה.
יש בעלי חיים שמסוגלים גם לדיפרנציאציה, וזה ההפך מהתמחות. התמיינות היא תהליך בו תאים מיוחדים חוזרים להיות תאים בסיסיים. בעלי חיים אלה משתמשים בתהליך זה כדי לחדש גפיים פצועות או כרותות. לבני אדם אין תאים המסוגלים להבדיל.
מדענים בודקים כעת את האפשרויות לשימוש בתאי גזע בוגרים לטיפול במחלות כמו סוכרת ומחלות לב; הם משערים כי ניתן לגרום לתאי גזע להתמחות בהחלפת תאים חולים בלב או בלבלב. השתלות מוח עצם כבר משמשות ליצירת יותר כדוריות דם לבנות בקרב לוקים ולטיפול בסוגים מסוימים של סרטן השד או השחלות.