una petición AJAX es idéntica a una petición del navegador "normal" en cuanto a la al servidor le preocupan otros encabezados HTTP potencialmente diferentes. p.ej. Chrome envía:
X-Requested-With:XMLHttpRequest
No estoy seguro de si esa cabecera ha sido estandarizada o no, o si es diferente en cada navegador o incluso incluyó en absoluto en todos los navegadores.
edit: lo dicho, que la cabecera se envía por jQuery (y otras bibliotecas JS probable), no el navegador como se evidencia por:
var xhr = new XMLHttpRequest();
xhr.open('GET', '/');
xhr.send();
que envía:
Accept:*/*
Accept-Charset:ISO-8859-1,utf-8;q=0.7,*;q=0.3
Accept-Encoding:gzip,deflate,sdch
Accept-Language:en-US,en;q=0.8
Connection:keep-alive
Cookie: ....
Host:stackoverflow.com
If-Modified-Since:Sat, 31 Dec 2011 01:57:24 GMT
Referer:http://stackoverflow.com/questions/8685750/how-does-an-ajax-request-differ-from-a-normal-browser-request/8685758
User-Agent:Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_6_7) AppleWebKit/535.11 (KHTML, like Gecko) Chrome/17.0.963.12 Safari/535.11
lo que me lleva a la conclusión de que por defecto no hay absolutamente ninguna diferencia.