Eine Differentialachse ist eine Achse, die einen Satz Antriebszahnräder in die Achse integriert, so wie ein Fahrzeug mit Hinterradantrieb eine mit Getriebe ausgestattete Achse verwendet, um das Fahrzeug anzutreiben. Erkennbar an dem großen, abgerundeten Mittelabschnitt, der oft als Kürbis bezeichnet wird, enthält die Differentialachse einen Zahnkranz und Ritzel, der die Eingangsleistung des Motors vervielfacht und dem Fahrzeug mehr Leistung verleiht. Umgekehrt ist eine ungezahnte Achse oder eine gerade Achse, wie sie oft genannt werden, eine gerade Achse mit einer an beiden Enden montierten Radnabe, ähnlich einer Anhängerachse.
Der Zweck einer Differentialachse besteht darin, die eingegebene Leistung zu vervielfachen und am Abtriebsende der Achse mehr Leistung zu erzeugen. Wenn ein kleines Zahnrad ein größeres Zahnrad antreibt, kann das Übersetzungsverhältnis durch einfache Mathematik berechnet werden. Das kleine Ritzel erhält die Kraft vom Getriebe, das bei einer Getriebeanwendung ohne Overdrive die gleiche Drehzahl wie die Motorkurbelwelle ausführt. Das bedeutet, dass bei jeder Umdrehung der Motorkurbelwelle auch die aus dem Getriebe kommende Antriebswelle eine volle Umdrehung macht. Durch Zählen der Zähne des größeren Hohlrads und Dividieren dieser Zahl durch die Anzahl der Zähne des kleinen Ritzel ergibt sich das endgültige Übersetzungsverhältnis – oder die Anzahl der Umdrehungen von Ritzel und Antriebswelle, um das Hohlrad zu drehen und Achse eine komplette Umdrehung — kann berechnet werden.
Die Kenntnis des Achsdifferentialübersetzungsverhältnisses ist entscheidend für die Entschlüsselung vieler Fahrzeugfunktionen, bei denen es erforderlich ist, mathematische Gleichungen und bestimmte Formeln anzuwenden. Die Geschwindigkeit eines bestimmten Fahrzeugs kann durch Berechnung der Differenzialachsübersetzung und des Reifendurchmessers zusammen mit der Kurbelwellenumdrehung pro Minute (U/min) genau berechnet werden. Ein Reifen legt bei jeder vollständigen Umdrehung des Reifens die gleiche lineare Distanz zurück, die der Reifen in der Höhe misst.
Bei Wettbewerbsfahrzeugen kann eine Vielzahl von Differentialachszahnradsätzen zu einer Strecke gebracht werden, um eine Feinabstimmung des Fahrzeugs für sich ändernde Streckenbedingungen zu ermöglichen. Die Differenzialachse in einem Pkw hat viele Stunden der Forschung durchlaufen, um den günstigsten Zahnradsatz zu finden. Die werksseitige Gangwahl bei einer Original-Differentialachse ist oft ein Kompromiss zwischen Leistung und Kraftstoffverbrauch. Jede Änderung an der originalen Werksdifferenzialachse führt wahrscheinlich zum Erlöschen der Antriebsstranggarantie des Fahrzeugs.