En differentialaxel är en axel som innehåller en uppsättning drivväxlar i axeln på samma sätt som ett bakhjulsdrivet fordon använder en växelförsedd axel för att driva fordonet. Identifierad av den stora rundade mittsektionen, ofta kallad en pumpa, innehåller differentialaxeln en ring- och kugghjulsuppsättning utformad för att multiplicera motorns ineffekt och ge fordonet större kraft. Omvänt är en icke-växlad axel, eller en rak axel, som de ofta kallas, en rak axel med ett hjulnav monterat i vardera änden, liknande en släpvagnsaxel.
Syftet med en differentialaxel är att multiplicera mängden effekt som matas in och skapa mer kraft vid axelns utgående ände. Genom att använda en liten växel som driver en större växel, kan utväxlingsförhållandet uppnås genom att göra enkel matematik. Det lilla kugghjulet får kraft från transmissionen, som ger samma antal varv som motorns vevaxel i en applikation utan överväxling. Detta innebär att varje gång motorns vevaxel vrider sig ett helt varv, gör även drivaxeln som kommer ut ur transmissionen ett helt varv. Genom att räkna kuggarna på det större kugghjulet och dividera det antalet med antalet kuggar på det lilla kugghjulet, det slutliga utväxlingsförhållandet – eller antalet gånger som kugghjulet och drivaxeln måste rotera för att vrida kugghjulet och axel ett helt varv — kan beräknas.
Att känna till differentialaxelns utväxlingsförhållande är avgörande för att dechiffrera många fordonsfunktioner där det är nödvändigt att tillämpa matematiska ekvationer och vissa formler. Hastigheten för ett givet fordon kan beräknas exakt genom att beräkna differentialaxelns utväxlingsförhållande och däckdiametern, tillsammans med motorns vevaxelvarv per minut (RPM). Ett däck kommer att resa samma linjära sträcka som däcket mäter i höjd för varje fullständigt varv av däcket.
För tävlingsfordon kan en mängd olika differentialaxelväxlar tas till en bana för att möjliggöra finjustering av fordonet för ändrade banförhållanden. Differentialaxeln i ett passagerarfordon har genomgått många timmars forskning för att komma fram till den mest fördelaktiga växelsatsen. Fabriksväxelvalet i en originalutrustningsdifferentialaxel är ofta en kompromiss av prestanda och körsträcka. Varje förändring av den ursprungliga fabriksdifferentialaxeln kommer sannolikt att ogiltigförklara fordonets drivlinsgaranti.