अधिगम सिद्धांत में, भेदभाव वह क्षमता है जिसके द्वारा जीव अनुकूलित उद्दीपन और अन्य उद्दीपनों के बीच अंतर कर पाता है जो समान परिणाम का संकेत नहीं देते। जीव प्रासंगिक संकेत पर प्रतिक्रिया करता है और समान लेकिन अप्रासंगिक संकेतों पर प्रतिक्रिया नहीं देता।

एक कुत्ते को जब किसी खास ध्वनि पर लार टपकाने का प्रशिक्षण दिया जाता है, तो प्रशिक्षण के शुरुआती दौर में वह आस-पास की आवृत्तियों की ध्वनियों पर भी लार टपकाने लगता है। आगे के प्रशिक्षण में, जिसमें केवल मूल ध्वनि के बाद ही भोजन दिया जाता है, प्रतिक्रिया और भी चुनिंदा हो जाती है। यही प्रक्रिया क्रियात्मक प्रशिक्षण में भी होती है: एक कबूतर किसी कुंजी को तभी चोंच मारता है जब कोई विशेष बत्ती जल रही होती है, क्योंकि चोंच मारने से ही उसे भोजन मिलता है। भेदभाव प्रशिक्षण व्यवहार को तेज करता है और व्यर्थ की प्रतिक्रियाओं को रोकता है।

उद्दीपन विभेदन, सामान्यीकरण का प्रतिरूप है। ये दोनों मिलकर किसी जीव को विभिन्न परिस्थितियों में उचित प्रतिक्रिया देने में सक्षम बनाते हैं—इतनी व्यापकता से कि समान अवसरों को पकड़ा जा सके, और इतनी संकीर्णता से कि गलत धारणाओं से बचा जा सके। मानव अधिगम में भी यही सिद्धांत भाषा श्रेणियों, सामाजिक संकेतों और कुशल प्रदर्शन पर लागू होते हैं।

भेदभाव एक अस्पष्ट संबंध को सटीक संबंध में बदल देता है।