Η διαφορική θερμική ανάλυση (DTA) συμβαίνει όταν δύο ουσίες εκτίθενται στις ίδιες θερμοκρασίες και η θερμική αλλαγή με την πάροδο του χρόνου. Η δοκιμή τυπικά περιλαμβάνει μια ουσία αναφοράς, της οποίας η συμπεριφορά είναι γνωστή υπό τις εφαρμοζόμενες συνθήκες θερμοκρασίας. Μια άλλη ουσία υπόκειται στις ίδιες θερμοκρασίες και ρυθμούς μεταβολής με την αναφορά. Το δείγμα μπορεί είτε να απορροφήσει θερμότητα, που σημαίνει γενικά ότι είναι πιο ψυχρό από το σημείο αναφοράς, είτε να εκπέμπει θερμότητα όταν είναι θερμότερο από το πρώτο υλικό. Με τα δεδομένα που απεικονίζονται, οι ερευνητές μπορούν να προσδιορίσουν πώς αντιδρούν συγκεκριμένα υλικά σε συγκεκριμένες θερμοκρασίες, καθώς και με την πάροδο του χρόνου.
Τα υλικά αναφοράς συνήθως δεν λιώνουν ούτε παγώνουν. πρέπει να παραμείνουν σε σταθερή κατάσταση για να λειτουργήσει το πείραμα. Μια τεχνική διαφορικής θερμικής ανάλυσης γίνεται συχνά τοποθετώντας κάθε υλικό σε ξεχωριστό δοχείο. Κάθε δοχείο βρίσκεται συνήθως σε ξεχωριστή κοιλότητα στον ίδιο χώρο. Τα όργανα που ονομάζονται θερμοστοιχεία χρησιμοποιούνται γενικά για την καταγραφή των διαφορών θερμοκρασίας μεταξύ των δύο υλικών. Τα θερμοστοιχεία μπορούν να ανιχνεύσουν μια αλλαγή στη φάση, όπως τήξη ή εξάτμιση, ως σήμα.
Μια άλλη μέθοδος διαφορικής θερμικής ανάλυσης μπορεί να είναι η χρήση αγώγιμων λεκανών, με θερμοστοιχεία προσαρτημένα σε αυτά, μέσα σε έναν φούρνο. Και τα δύο υλικά θερμαίνονται πιο συχνά εξίσου με το χρόνο όταν το DTA εκτελείται έτσι. Τα αποτελέσματα της δοκιμής καταγράφονται τυπικά χρησιμοποιώντας μια καμπύλη DTA. Διαφορές στη θερμοκρασία μεταξύ των υλικών, ή μια αλλαγή στη θερμοκρασία με την πάροδο του χρόνου, μπορούν να απεικονιστούν. Το γράφημα συχνά απεικονίζει τη λανθάνουσα θερμότητα μετάβασης που εμφανίζεται όταν μια ουσία αλλάζει από τη μια κατάσταση στην άλλη. Αυτό συνήθως προκαλεί τη θερμοκρασία του δείγματος να είναι προσωρινά μικρότερη από την αναφορά.
Η διαφορική θερμική ανάλυση συχνά περιλαμβάνει δοκιμή δειγμάτων σε υψηλότερες θερμοκρασίες από άλλες μορφές θερμικής ανάλυσης. Μπορεί να πραγματοποιηθεί με υλικά όπως μέταλλο, κεραμικό, γυαλί και κεραμικό. Τα υλικά αναφοράς που χρησιμοποιούνται συχνά περιλαμβάνουν καρβίδιο του πυριτίου και αλουμίνιο. Τα πρότυπα αναφοράς υγρού περιλαμβάνουν μερικές φορές λάδι πυριτίου.
Η τεχνολογία στον 21ο αιώνα έχει συνδυάσει τη διαφορική θερμική ανάλυση με την ικανότητα ανίχνευσης απώλειας μάζας υλικού καθώς και μεταβολής της θερμοκρασίας. Τα προγράμματα λογισμικού μπορούν να παρακολουθούν αυτόματα τη διαδικασία και να καταγράφουν τις μετρήσεις. Πριν από μια δοκιμή, τα όργανα για διαφορική θερμική ανάλυση πρέπει γενικά να βαθμονομηθούν. Μια ξεχωριστή διαδικασία βαθμονόμησης εκτελεί υλικά που είναι γνωστό ότι ανταποκρίνονται με συγκεκριμένο τρόπο σε δεδομένες περιοχές θερμοκρασίας. Οι τοπικοί και περιφερειακοί κανονισμοί μπορούν να καθοδηγήσουν τη διαδικασία βαθμονόμησης για διαφορική θερμική ανάλυση σε φαρμακευτικές, τρόφιμα ή περιβαλλοντικές εφαρμογές.