Differentiell termisk analys (DTA) uppstår när två ämnen utsätts för samma temperaturer och termiska förändringar över tiden. Testet inkluderar vanligtvis ett referensämne, vars beteende är känt under de tillämpade temperaturförhållandena. Ett annat ämne utsätts för samma temperaturer och förändringshastigheter som referensen. Provet kan antingen absorbera värme, vilket i allmänhet betyder att det är kallare än referensen, eller avge värme när det är varmare än det första materialet. Med de data som plottas kan forskare avgöra hur specifika material reagerar vid vissa temperaturer, såväl som över tid.
Referensmaterial smälter eller fryser vanligtvis inte; de måste förbli i ett stabilt tillstånd för att experimentet ska fungera. En differentiell termisk analysteknik görs ofta genom att varje material placeras i en separat behållare. Varje behållare är vanligtvis i ett separat hålrum i samma utrymme. Instrument som kallas termoelement används vanligtvis för att registrera temperaturskillnader mellan båda materialen. Termoelementen kan upptäcka en fasförändring, såsom smältning eller förångning, som en signal.
En annan metod för differentiell termisk analys kan vara användningen av ledande kokkärl, med termoelement fästa på dem, inuti en ugn. Båda materialen värms oftare lika med tiden när DTA utförs så här. Resultaten av testet registreras vanligtvis med hjälp av en DTA-kurva. Skillnader i temperatur mellan materialen, eller en förändring i temperatur över tid, kan plottas. Grafen visualiserar ofta latent övergångsvärme som uppstår medan ett ämne ändras från ett tillstånd till ett annat; detta gör vanligtvis att provets temperatur tillfälligt blir lägre än referensen.
Differentiell termisk analys innebär ofta att prover testas vid högre temperaturer än andra former av termisk analys. Det kan utföras med material som metall, keramik, glas och keramik. Referensmaterial som ofta används inkluderar kiselkarbid och aluminium. Standarder för flytande referens inkluderar ibland silikonolja.
Tekniken under 21-talet har kombinerat differentiell termisk analys med förmågan att detektera förlust i materialmassa såväl som förändringar i temperatur. Programvara kan automatiskt övervaka processen och registrera mätningarna. Innan ett test måste instrument för differentiell termisk analys i allmänhet kalibreras. En separat kalibreringsprocedur kör material som är känt för att reagera på ett speciellt sätt över givna temperaturintervall. Lokala och regionala bestämmelser kan styra processen för kalibrering för differentiell termisk analys i läkemedels-, livsmedels- eller miljötillämpningar.