Oś mechanizmu różnicowego to oś, która zawiera zestaw kół zębatych w osi w taki sam sposób, w jaki pojazd z napędem na tylne koła wykorzystuje oś z przekładnią do napędzania pojazdu. Zidentyfikowana przez dużą zaokrągloną sekcję środkową, często nazywaną dynią, oś mechanizmu różnicowego zawiera zestaw kół zębatych z pierścieniem i zębnikiem zaprojektowanym tak, aby zwielokrotnić moc wejściową silnika i dać pojazdowi większą moc. Odwrotnie, oś bez przekładni lub oś prosta, jak często się je nazywa, to oś prosta z piastą koła zamontowaną na każdym końcu, podobnie jak oś przyczepy.
Celem osi różnicowej jest pomnożenie ilości wprowadzanej mocy i wytworzenie większej mocy na wyjściowym końcu osi. Używając małego koła zębatego napędzającego większy bieg, przełożenie można uzyskać, wykonując prostą matematykę. Małe koło zębate otrzymuje moc z przekładni, która wykonuje taką samą liczbę obrotów jak wał korbowy silnika w przypadku przekładni bez nadbiegu. Oznacza to, że za każdym razem, gdy wał korbowy silnika wykonuje jeden pełny obrót, wał napędowy wychodzący ze skrzyni biegów również wykonuje jeden pełny obrót. Licząc zęby na większym kole koronowym i dzieląc tę liczbę przez liczbę zębów na małym zębniku, końcowe przełożenie – lub liczbę obrotów zębnika i wałka napędowego, aby obrócić koło koronowe i oś jeden pełny obrót — można obliczyć.
Znajomość przełożenia mechanizmu różnicowego ma kluczowe znaczenie w odszyfrowaniu wielu funkcji pojazdu, w których konieczne jest zastosowanie równań matematycznych i pewnych wzorów. Prędkość dowolnego pojazdu można dokładnie określić, obliczając przełożenie mechanizmu różnicowego i średnicę opony, a także obroty wału korbowego silnika na minutę (RPM). Opona pokonuje tę samą odległość liniową, na jaką mierzy wysokość, po każdym pełnym obrocie opony.
W przypadku pojazdów wyczynowych, różne zestawy kół zębatych osi mogą być przenoszone na tor, aby umożliwić precyzyjne dostrojenie pojazdu do zmieniających się warunków na torze. Oś mechanizmu różnicowego w pojeździe osobowym przeszła wiele godzin badań, aby uzyskać najkorzystniejszy zestaw przełożeń. Fabryczny wybór biegów w oryginalnej osi różnicowej jest często kompromisem osiągów i przebiegu paliwa. Każda zmiana oryginalnej fabrycznej osi mechanizmu różnicowego może spowodować unieważnienie gwarancji na układ napędowy pojazdu.