Дифференциал позволяет ведущим колесам вращаться с различными угловыми скоростями на повороте и во время движения автомобиля по неровностям дороги.
Кроме того, он поровну распределяет крутящий момент, передаваемый ведущим колесам.
При движении автомобиля на повороте ведущее колесо, внутреннее относительно центра поворота, проходит меньший путь, чем внешнее. Возможны и другие, упомянутые выше случаи, когда эти пути оказываются различными. Поэтому для предотвращения проскальзывания (пробуксовки и юза) шин ведущих колес нужно иметь механизм, позволяющий вращаться им с различными угловыми скоростями. Таким механизмом и является дифференциал.
Дифференциал состоит из коробки, с которой жестко связана ведомая шестерня главной передачи, двух полуосевых и двух, трех или четырех планетарных шестерен (сателлитов). Конические полуосевые шестерни жестко связаны или изготовлены совместно с полуосями, передающими крутящий момент ведущим колесам. Сателлиты представляют собой конические шестерни меньшего диаметра, которые свободно установлены в зависимости от их числа на ось или крестовину, жестко связанную с коробкой дифференциала, и постоянно зацеплены с полуосевыми шестернями. Коробка дифференциала может вращаться в двух подшипниках, размещенных в картере ведущего моста.
При вращении ведущей шестерни главной передачи ее ведомая шестерня, коробка дифференциала, крестовина и сателлиты вращаются с одной и той же угловой скоростью. Если ведущие колеса автомобиля воспринимают одинаковые силы сопротивления движению, то моменты сопротивления на полуосевых шестернях равны между собой. В результате этого сателлиты заклиниваются между полуосевыми шестернями и не могут вращаться относительно своих осей, а полуоси и, следовательно, ведущие колеса вращаются с одинаковыми угловыми скоростями (движение по прямой).
Если же силы, действующие на колеса, различны по величине, что имеет место, например, на повороте, то моменты сопротивления на полуосевых шестернях оказываются неодинаковыми. В этом случае сателлиты, обкатываясь по зубьям внутренней полуосевой шестерни с большим моментом сопротивления и вращаясь вместе с коробкой дифференциала, начинают вращаться относительно своих осей в таком направлении, что увеличивают угловую скорость внешней по повороту полуосевой шестерни и уменьшают угловую скорость внутренней. При этом на сколько увеличивается угловая скорость внешнего по повороту ведущего колеса по сравнению со скоростью вращения коробки дифференциала, на столько уменьшается угловая скорость внутреннего колеса.
Когда одно из ведущих колес автомобиля опирается на часть дороги, обеспечивающую хорошее сцепление с ним шины, а другое — на скользкую часть дороги, то первое из колес при трогании автомобиля с места остается неподвижным, а второе начинает вращаться с угловой скоростью, которая в два раза больше угловой скорости коробки дифференциала. Такое явление можно часто наблюдать на плохих дорогах при трогании с места автомобилей (особенно грузовых). Вращающееся ведущее колесо пробуксовывает, а автомобиль остается неподвижным. Это вызвано тем, что моменты, приложенные к неподвижному (невращающемуся) и буксующему колесам, в результате установки дифференциала оказываются одинаковыми, а величина моментов, ограниченная сцеплением буксующего колеса с дорогой, настолько мала, что тяговая сила на неподвижном колесе становится недостаточной для преодоления повышенного сопротивления движению.
Чтобы увеличить тяговую силу, нужно улучшить сцепление буксующего колеса с дорогой. Другими словами, в результате установки дифференциала проходимость автомобиля по плохим дорогам и при движении по бездорожью значительно ухудшается.
Дифференциал оказывает также влияние на поперечную устойчивость автомобиля при торможении. Если, например, во время торможения на скользкой дороге к ведущим колесам приложены различные по величине тормозные моменты, то возможен занос автомобиля вследствие того, что колесо, к которому приложен больший тормозной момент, окажется заблокированным (перестанет вращаться), а другое колесо, наоборот, начнет вращаться с большей угловой скоростью. В результате этого может произойти занос задней части автомобиля в сторону вращающегося ведущего колеса.