愈伤组织培养物在某些条件下，可以再分化产生不定芽或根的分生组织甚至是胚状体，继之，由这些有结构的组织而发育成苗或完整小植株。愈伤组织通过再分化形成再生植株的方式主要有三种：（1）先产生芽，后在茎的基部长根；（2）先长根，再长芽；（3）愈伤组织的不同部位分别形成根和芽。
一般愈伤组织开始分化时，由大小不等的细胞开始逐渐形成大小均匀的细胞，保持相对稳定状态。在分化时，愈伤组织的表层和内部都可形成分生中心。芽多发生在愈伤组织的表层，属外起源；但根发生在组织的深处，与整体植株发生类似，是内部起源。愈伤组r的外部形态也随分化而改变，一般由疏松转向紧密。
植物生长调节物质在分化过程中的作用是极为明显的，合适的植物生长物质配比在器官分化中起着重要的作用。如仙人掌科的金牛掌茎段培养中，当6-BA是NAA的浓度（单位为mg・L－1）的50－100倍时，茎段的愈伤组织可以再分r出仔球，而6－BA浓度过高（150倍）或过低（10倍）则无仔球形成。大量实验结果表明，大多数植物组织或器官的再生作用符合器官分化的植物激素控制理论，即当生长素与细胞分裂素的比例高时，愈伤组织仅形成根，生长素与细胞分裂素的比例小时则产生苗，而两种激素的比例适中时，r产生无结构的愈伤组织。
在许多木本植物愈伤组织形成再生苗的培养过程中，常常是将诱导不定芽与诱导根分两步完成。即首先利用分化培养基（含有6-BA，CPPU，KT）使愈伤组织形成不定芽，增加繁殖系数；当不定芽长大出现叶片后，再将伸长的苗从基部切下转入含生长素类（rIBA，NAA）的生根培养基上培养诱导根生成。这是一种较为常见的器官发生方式。如研究芦荟的无性快速繁殖时，首先用MS培养基附加不同浓度的6-BA，促进不定芽的形成（表2-3），然后将抽枝的小植株转移到MS附加不同浓度的NAA培养上培养，诱导根的发生和生长（表2-4）。

生长素对维管组织分化过程有显著影响。法国植物学家Camus（1949）最早将小营养p嫁接在一种菊苣属植物根的愈伤组织表面，这些愈伤组织由薄壁细胞组成，营养芽经培养一段时间后，愈伤组织已分化出维管组织。后来，Wetmore 等用洋丁香芽嫁接于刚开始生长的愈伤组织上面，经培养后，在芽基部周围出现了零星分布的分裂细胞团，稍后又进一步分化成维管组织。而p远离芽的愈伤组织的深处，这种细胞团却分化成瘤状的结构，瘤内木质部向心分布，韧皮部位于离心的一侧。后来证实芽能诱导维管组织的分化是与芽在生长时合成了某些植物激素有关。在蚕豆愈伤组织实验中，用含有蔗糖和生长素的琼脂能代替芽的作用，同样诱导维管组织的分化。一般p说，生长素浓度和木质部发生之间存在着一种反比关系，低浓度的生长素能刺激木质部的发生。
生长素对维管组织分化所起的作用在很大程度上取决于糖的存在。在洋丁香愈伤组织实验中，如果灌注到愈伤组织顶面缺口里的琼脂含有0.05mg・L－1IAA和1％蔗糖，愈伤组织只能形成p量很少的木质部分子。若保持生长素浓度不变，蔗糖水平达2％，则有利于木质部的分化，但韧皮部很少形成；当蔗糖水平为2.5％-3.5％时，木质部和韧皮部都能分化，蔗糖为4％时，只有韧皮部形成。
细胞分裂素也能刺激大豆子叶愈伤组织木质部的形成。对烟草愈伤组织木质部形成而言，IAA和激动素之间存在协同作用。此外，生长素和赤霉素之间对木质部发生存在着刺激性的相互作用。乙烯也参与愈伤组织木质部的形成，如缺乏乙烯的番茄突变体植株内的木质部没有导管，但产生乙烯的正常植株则有导管。硝酸银能抑制大豆愈伤组织木质部的分化，