O axă diferențială este o axă care încorporează un set de trepte de viteză în axă, în același mod în care un vehicul cu tracțiune spate utilizează o axă echipată cu trepte de viteză pentru a alimenta vehiculul. Identificată prin secțiunea centrală mare rotunjită, numită adesea dovleac, axa diferențială conține un ansamblu de angrenaje cu pinion și inel conceput pentru a multiplica puterea de intrare a motorului și a oferi vehiculului o putere mai mare. Dimpotrivă, o axă neangrenată sau o axă dreaptă, așa cum sunt adesea numite, este o axă dreaptă cu un butuc de roată montat la fiecare capăt, similar unei axe de remorcă.
Scopul unei axe diferențiale este de a multiplica cantitatea de putere care este introdusă și de a crea mai multă putere la capătul de ieșire al axei. Folosind o treaptă de viteză mică care conduce o treaptă mai mare, se poate ajunge la raportul de viteză făcând matematică simplă. Pinionul mic primește putere de la transmisie, care dă același număr de rotații ca și arborele cotit al motorului într-o aplicație de transmisie fără supramulțumire. Aceasta înseamnă că de fiecare dată când arborele cotit al motorului face o rotație completă, arborele de antrenare care iese din transmisie face și o rotație completă. Numărând dinții de pe angrenajul inel mai mare și împărțind acest număr la numărul de dinți de pe pinionul mic, raportul final de transmisie – sau de câte ori trebuie să se rotească pinionul și arborele de antrenare pentru a roti inelul. iar axa o tură completă — poate fi calculată.
Cunoașterea raportului de transmisie al axelor diferențiale este esențială în descifrarea multor funcții ale vehiculului în care este necesar să se aplice ecuații matematice și anumite formule. Viteza oricărui vehicul dat poate fi calculată cu precizie prin calculul raportului de transmisie al axei diferențiale și diametrul anvelopei, împreună cu rotațiile arborelui cotit pe minut (RPM) ale motorului. O anvelopă va parcurge aceeași distanță liniară pe care o măsoară în înălțime pentru fiecare rotație completă a anvelopei.
Pentru vehiculele de competiție, o varietate de seturi de trepte diferențiale ale axei pot fi duse pe o pistă pentru a permite reglarea fină a vehiculului pentru schimbarea condițiilor pistei. Axa diferenţială a unui vehicul de pasageri a fost supusă multor ore de cercetare pentru a ajunge la cel mai avantajos set de viteze. Selecția din fabrică a treptelor de viteză într-o osie diferențială de echipare originală este adesea un compromis al performanței și al consumului de combustibil. Orice modificare a axei diferenţialului original din fabrică este probabil să anuleze garanţia trenului de transmisie a vehiculului.