A enorme diversidade de rochas magmáticas não é compatível com poucos tipos magmáticos. Um vez formados, os magmas tendem a evoluir quimicamente, através de um conjunto de processos, chamados diferenciação magmática.
Através deste processo, consegue-se explicar que os granitos resultem da consolidação de magmas originalmente graníticos, como também da consolidação de fracções magmáticas graníticas derivadas de magmas basálticos.
O mais importante processo de diferenciação magmática é a cristalização fraccionada, que traduz a formação sequencial dos minerais das rochas magmáticas, a partir do arrefecimento do magma, em função da temperatura de cristalização característica de cada um deles. Foi Bowen, em 1928, quem conseguiu ordenar os principais minerais das rochas magmáticas de acordo com esse critério. Trata-se, assim, de minerais originados, aproximadamente, entre os 1 500 ºC e os 500 ºC, todos eles do grupo de silicatos. Os silicatos são formados à base de sílica. Estes minerais estão divididos conforme as suas afinidades químicas, em duas séries convergentes para os termos de menor temperatura de formação. A série descontínua reúne silicatos de ferro e magnésio e a série contínua corresponde à família das plagióclases, constituída por minerais estruturalmente idênticos entre si, cujas composições químicas variam gradualmente, minerais isormorfos, diferindo nos teores relativos de cálcio e sódio. As posições destinadas a estes dois elementos, na rede cristalina, tanto podem ser ocupados pelo cálcio, como acontece na anortite pura, como pelo sódio, que é o caso da albite pura, como ainda serem partilhadas por ambos os iões, em todas as proporções possíveis, dando, então, origem aos termos intermédios da série.
Durante o arrefecimento magmático, um dado mineral, uma vez formado, tem tendência a reagir com o líquido magmático, se permanecer em contacto com ele. Assim, será reabsorvido e, no seu lugar, surgirá, a uma temperatura mais baixa, o termo seguinte da sua série. A sequência termina com a cristalização do quartzo, se, esgotados todos os outros componentes do magma, o líquido magmático final for constituído exclusivamente por sílica.
Dado que os primeiros minerais a cristalizar são os mais densos, eles podem depositar-se, por gravidade, na base da câmara magmática, sendo preservados até ao final da cristalização. Pelo contrário, os elementos mais leves tendem a acumular-se nas partes mais altas do reservatório, ajudados, ainda, pela ascenção de compostos voláteis, como o vapor de água e o dióxido de carbono. Esta diferenciação gravítica faz com que, terminada a cristalização de um magma, se possam encontrar em diferentes localizações, numa câmara magmática, diversas rochas, umas mais densas, com mais ferro, magnésio e cálcio em posição inferior e outras menos densas, enriquecidas em silício, alumínio, sódio e potássio, em posições menos profundas. Esta possibilidade faz surgir, durante o arrefecimento magmático, produtos ou fracções magmáticas diferentes entre si e diferentes do magma parental decorre, portanto, da ação combinada da cristalização fraccionada e da diferenciação gravítica.
Outras causas de diferenciação magmática, estas exteriores ao magma, são a assimilação magmática e a mistura de magmas. A primeira causa, explica-se pelas reações emtre o magma e as rochas envolventes, tanto a das paredes das câmaras magmáticas, como a das paredes das condutas por onde ele sobe. Se o magma se encontra a uma temperatura superior à do ponto de fusão dos minerais dessas rochas, funde-os e, ao incorporá-los, altera a sua composição. Quando essa fusão não é completamente conseguida, o magma conserva restos sólidos de tais rochas, denominados encraves, que se reconhecem após a consolidação magmática. A mistura de magmas, mais difícil de provar, acontece entre materiais de fusão, como sucederá em zonas orogénicas, onde magmas primários, basálticos, se poderão misturar com magmas secundários, de composição granítica.
