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干细胞是机体具有自我更新能力及多向分化潜能的祖细胞，其诱导分化过程受组织微环境的调控。组织细胞可通过自分泌或旁分泌的形式产生细胞因子和分泌性蛋白，这些信号分子可直接调控干细胞的增殖和分化。研究发现，维A酸在干细胞分化上也发挥重要的作用，它是介导干细胞分化发育的必需分子之一。维A酸可同时调控正常细胞和转化细胞的生长和分化。体外培养条件下，维A酸可调控将人胚胎干细胞（human embryonic stem cells，hESCs）分化为多种特定类型的细胞。通过联合其他细胞因子或相关物质，维A酸可将胚胎干细胞或成体干细胞诱导分化为不同的组织细胞，如上皮细胞、胰岛β细胞、平滑肌细胞、神经细胞及生殖细胞、内胚层样细胞等。
诱导分化的细胞具备表观遗传学的基本特征，如DNA甲基化及组蛋白修饰等。研究发现，维A酸处理的hESCs平均甲基化水平为29.5％，明显高于未分化的hESCs的甲基化水平（27.1％）。例如，CHFR基因的CpG岛是维A酸处理后甲基化的主要区域，而CHFR的甲基化被认为与多种肿瘤中抑癌基因CHFR的低表达有关，这意味着CHFR基因在hESCs分化过程中处于失活状态。此外，研究人员发现维A酸诱导的多种基因甲基化会导致基因沉默的效果。例如，THY1基因在维持胚胎干细胞的未分化状态中发挥重要作用，而维A酸处理后可明显提高该基因的甲基化水平，并诱导其表达降低。
另外，多种研究也证实了组蛋白的修饰在维A酸介导的细胞分化中的作用，维A酸可降低H3K27me3抑制性标记，提高H3K4/9ac激活性标记，进而促进调控干细胞分化的靶基因的表达。染色质免疫共沉淀研究发现，维A酸可介导Hoxa1、CYP26A1和RAR-β2基因中组蛋白去乙酰化酶（HDAC）的去除，诱导H3K27ac标记在这些基因中的沉积，进而促进干细胞的分化。
近年来，研究人员发现维A酸在生殖细胞的发育分化与减数分裂起始方面发挥着十分重要的调控作用。减数分裂开始的时间会决定发育中生殖细胞的雌性或雄性属性，而维A酸的信号存在与否是决定减数分裂特异时间差异的关键。雄性生殖细胞中含有的维生素A降解酶（CYP26B1）可降解视黄酸，诱导减数分裂时间推迟及雄性胚胎的生成，该机理则可合理地解释生殖细胞的分化方向和发育现象。胚胎生殖细胞发育为卵母细胞或精原细胞受维A酸的密切调控，视黄酸可下调Nanos2和激活Stra8，进而诱导生殖细胞进入减数分裂。维A酸对减数分裂的调控为生殖细胞的雌雄分化提供了较为可靠的理论依据。
维A酸对于雌性生殖细胞发育分化起着十分重要的调控作用。维A酸可启动减数分裂，在小鼠交配后第13.5天（13.5dpc），生殖细胞停止增殖而进入第一次减数分裂，小鼠出生后则进入减数分裂停滞期，直至正常排卵后再进入第二次减数分裂，最终形成成熟的卵子。维A酸进入细胞核后通过核受体RAR与RXR的二聚体结合，激活Stra8的表达，该基因的表达参与调控减数分裂前的DNA复制等过程，同时通过下调Oct4的表达而启动减数分裂。维A酸处理生殖细胞后，可诱导减数分裂期标志基因Stra8、Sycp3和Dmc1等基因表达增加。随着维生素A降解酶CYP26B1在生殖腺中的表达降低，13.5dpc雌性生殖细胞内的维A酸含量达到最高，维A酸介导的信号通路激活后，生殖细胞最终可发育为成熟的卵子。VAD大鼠模型的卵巢内维A酸浓度明显降低，随后生殖细胞的形成及其向生殖腺的迁移均不受影响，但生殖细胞不能分裂，始终保持未分化的状态。
维A酸对于雄性睾丸的正常结构和功能的维持起着十分关键的作用。小鼠交配后13.5dpc时，CYB26B1在生殖腺中的表达达到高峰，随后维A酸介导的信号通路的激活促使了精子的发育成熟。研究发现，细胞色素P450酶或CYP26抑制剂处理生殖腺后，可能通过诱导生殖腺维A酸的含量增加，介导了Stra8、Sycp3和Dmc1等基因的表达上调。此外，CYB26B1基因敲除的小鼠因出生后的肢体缺陷而无法存活。通过染色体分析发现，CYB26B1缺失引起13.5dpc后XY型生殖细胞进入减数分裂，但完成分娩后因细胞发生程序性死亡而造成睾丸中生殖细胞的缺失。
在正常的胚胎发育中，机体对维生素A含量的正常保持对于胚胎发育至关重要，孕期维生素A的缺乏或过多均会影响胚胎的正常发育。20世纪初，关于大鼠和猪等动物实验证实，母体维生素A的缺乏可导致胎儿的先天性畸形，包括眼部、泌尿道、肾脏、膈肌、肺脏、心脏等畸形，这些现象被描述为维生素A缺乏征，该情况可通过改善饮食得以预防，因此提出了营养因素对胚胎发育影响的结论。对孕鼠的研究发现，胚胎发育存在一个严格的发育窗口期（妊娠8.5～10.5d），该阶段ATRA是维持胚胎发育的主要活性形式，胚胎发育对ATRA的需求明显增加，缺乏会引起心血管系统和中枢神经系统的畸形，甚至会导致死胎的发生。与之类似的是，视黄酸合成关键酶视黄醛脱氢酶2（retinal dehydrogenase 2，RALDH2）的基因突变可通过干扰胚胎发育中的视黄酸信号引起死胎的发生，纯合子也会表现出严重的发育缺陷，如心脏形态异常、神经管闭合不良、躯干变短等，而补充ATRA也可以对这些异常情况进行预防。研究发现，与胚胎正常发育相关的Hox基因中存在维甲酸反应元件，而维生素A可通过调控Hox的表达而影响胚胎的发育。
研究发现，向7～11d的孕鼠喂食核受体RAR的拮抗剂，可引起幼鼠颅面部畸形及眼部缺陷，向14d的孕鼠喂食则引起皮肤上皮改变。此外，核受体基因突变研究模型发现，RAR-α1-/-、RAR-β2-/-及RAR-γ2-/-的小鼠或所有RAR-β基因敲除的小鼠并没有表现出明显的先天和出生后缺陷。RAR-α或RAR-γ所有同工型基因突变时，其后代均出现广泛的出生后致死性，RAR-α-/-突变小鼠表现出蹼状指畸形，RAR-β-/-突变小鼠也出现了气管软骨发育不良、颈椎异常等畸形。此外，RAR-α和RAR-β复合基因突变的小鼠后代出现了后脑后侧区域的异常发育，RAR-α-/-、RAR-γ-/-复合基因突变的小鼠在早期后脑形成上出现了更为明显的异常，这些异常情况在RALDH2突变及ATRA含量不足导致的大鼠胚胎中也有体现。同时，研究发现RXR-β、RXR-γ突变小鼠可以存活，而RXR-α是胚存活必需的。RAR与RXR-α复合基因突变产生了需要在RAR双突变中见到的表型。
目前，维甲酸类物质不足与过量引起的致畸性已达成业界共识。过多的维生素A可能通过过度激活核受体及其介导的信号通路而干预维A酸信号通路，从而导致畸形的发生。研究发现，ATRA可诱导小鼠肛门直肠畸形，该现象可能与RAR-α在后肠和尾沟区的表达异常有关。据此，针对核受体的配体筛选研究发现，RAR的配体的致畸性存在RAR-α配体＞RAR-β配体＞RAR-γ配体的特征。RAR-α配体主要引起耳、下颌和肢体的畸形，RAR-β配体引起泌尿系统及肝脏的畸形，RAR-γ配体则引起胸骨和椎骨的畸形等。尽管RXRs配体不具有致畸性，但该类配体可能通过激活RARs而诱导致畸的发生。此外，同时激活核受体RAR和RXR的配体的致畸性居于二者之间。