Differentiation, (lat. differentia, 'forskel'), i geologien om processer, der opdeler bjergarter i enheder med forskellige mineralogiske og kemiske sammensætninger. Magmatisk differentiation er årsag til, at der kan dannes en serie af forskellige bjergarter ud fra et magma, fx ved at der successivt fjernes krystaller fra et magma under dets størkning. Sedimentære differentiationsprocesser kan opdele sedimenter i bjergarter med forskellige egenskaber, fx efter kornstørrelse i grus, sand og ler. Ved metamorf differentiation kan bjergarter ligeledes opdeles i enheder med forskellig sammensætning, fx dannelse af lag i oprindeligt homogene bjergarter; et eksempel er båndet gnejs.