Trong lý thuyết học tập, khả năng phân biệt là khả năng nhận biết giữa một kích thích có điều kiện và các kích thích khác không báo hiệu cùng một kết quả. Sinh vật phản ứng với tín hiệu có liên quan và không phản ứng với những tín hiệu tương tự nhưng không liên quan.

Một con chó được huấn luyện để tiết nước bọt khi nghe một âm thanh cụ thể, trong giai đoạn đầu huấn luyện, cũng sẽ tiết nước bọt khi nghe các âm thanh có tần số gần đó. Với quá trình huấn luyện tiếp theo, trong đó chỉ có âm thanh ban đầu được theo sau bởi thức ăn, phản ứng sẽ trở nên chọn lọc hơn. Quá trình tương tự cũng xảy ra trong huấn luyện hành vi: một con chim bồ câu chỉ mổ vào một phím khi một đèn cụ thể bật sáng, bởi vì chỉ khi đó việc mổ mới tạo ra thức ăn. Huấn luyện phân biệt giúp mài giũa hành vi và ngăn ngừa các phản ứng lãng phí.

Phân biệt kích thích là đối trọng của khái quát hóa. Cả hai cùng nhau cho phép sinh vật phản ứng phù hợp trong nhiều tình huống khác nhau—đủ rộng để nắm bắt những cơ hội tương tự, đủ hẹp để tránh những phản ứng sai lầm. Trong quá trình học tập của con người, các nguyên tắc tương tự cũng áp dụng cho các phạm trù ngôn ngữ, tín hiệu xã hội và hiệu suất kỹ năng.

Sự phân biệt đối xử biến một sự liên tưởng chung chung thành một sự liên tưởng chính xác.