Ο διαφορικός άξονας είναι ένας άξονας που ενσωματώνει ένα σύνολο κιβωτίων ταχυτήτων στον άξονα με τον ίδιο τρόπο όπως ένα όχημα με κίνηση στους πίσω τροχούς χρησιμοποιεί έναν άξονα εξοπλισμένο με γρανάζια για να κινεί το όχημα. Αναγνωρισμένος από το μεγάλο στρογγυλεμένο κεντρικό τμήμα, που συχνά ονομάζεται κολοκύθα, ο διαφορικός άξονας περιέχει ένα σετ δακτυλίου και γραναζιού που έχει σχεδιαστεί για να πολλαπλασιάζει την ισχύ εισόδου του κινητήρα και να δίνει στο όχημα μεγαλύτερη ισχύ. Αντίστροφα, ένας άξονας χωρίς γρανάζια ή ένας ευθείος άξονας, όπως συχνά ονομάζονται, είναι ένας ευθείος άξονας με μια πλήμνη τροχών τοποθετημένη σε κάθε άκρο, παρόμοια με έναν άξονα ρυμουλκούμενου.
Ο σκοπός ενός διαφορικού άξονα είναι να πολλαπλασιάσει την ισχύ που εισάγεται και να δημιουργήσει περισσότερη ισχύ στο άκρο εξόδου του άξονα. Χρησιμοποιώντας μια μικρή ταχύτητα που οδηγεί μια μεγαλύτερη ταχύτητα, η σχέση μετάδοσης μπορεί να επιτευχθεί κάνοντας απλά μαθηματικά. Το μικρό κιβώτιο ταχυτήτων λαμβάνει ισχύ από το κιβώτιο ταχυτήτων, το οποίο εκτελεί τον ίδιο αριθμό στροφών με τον στροφαλοφόρο άξονα του κινητήρα σε μια εφαρμογή μετάδοσης χωρίς υπερένταση. Αυτό σημαίνει ότι κάθε φορά που ο στροφαλοφόρος άξονας του κινητήρα στρίβει μια πλήρη στροφή, ο άξονας μετάδοσης κίνησης που βγαίνει από το κιβώτιο ταχυτήτων κάνει επίσης μια πλήρη περιστροφή. Μετρώντας τα δόντια στο μεγαλύτερο γρανάζι και διαιρώντας αυτόν τον αριθμό με τον αριθμό των δοντιών στο μικρό γρανάζι, την τελική σχέση μετάδοσης — ή τον αριθμό των φορών που πρέπει να περιστρέφονται το γρανάζι και ο άξονας μετάδοσης κίνησης για να περιστραφεί το γρανάζι και άξονας μία πλήρης στροφή — μπορεί να υπολογιστεί.
Η γνώση της σχέσης μετάδοσης του διαφορικού άξονα είναι κρίσιμη για την αποκρυπτογράφηση πολλών λειτουργιών του οχήματος όπου είναι απαραίτητο να εφαρμοστούν μαθηματικές εξισώσεις και ορισμένοι τύποι. Η ταχύτητα οποιουδήποτε συγκεκριμένου οχήματος μπορεί να υπολογιστεί με ακρίβεια υπολογίζοντας την σχέση μετάδοσης του διαφορικού άξονα και τη διάμετρο του ελαστικού, μαζί με τις στροφές του στροφαλοφόρου άξονα του κινητήρα ανά λεπτό (RPM). Ένα ελαστικό θα διανύσει την ίδια ποσότητα γραμμικής απόστασης με το ύψος του ελαστικού για κάθε πλήρη περιστροφή του ελαστικού.
Για αγωνιστικά οχήματα, μια ποικιλία από σετ γραναζιών διαφορικού άξονα μπορεί να μεταφερθεί σε μια πίστα για να επιτρέψει τη λεπτομέρεια του οχήματος για τις μεταβαλλόμενες συνθήκες της πίστας. Ο διαφορικός άξονας σε ένα επιβατικό όχημα έχει υποστεί πολλές ώρες έρευνας για να φτάσει στο πιο επωφελές σετ εργαλείων. Η επιλογή εργοστασιακών γραναζιών σε έναν πρωτότυπο διαφορικό άξονα εξοπλισμού αποτελεί συχνά συμβιβασμό στην απόδοση και την απόσταση σε μίλια καυσίμου. Οποιαδήποτε αλλαγή στον αρχικό εργοστασιακό διαφορικό άξονα είναι πιθανό να ακυρώσει την εγγύηση του συστήματος μετάδοσης κίνησης του οχήματος.