Lorsqu'une voiture tourne, les roues extérieures parcourent une plus grande distance que les roues intérieures. Si les deux étaient solidaires du même essieu, l'une d'elles patinerait. Le différentiel résout ce problème. Il s'agit d'un système d'engrenages qui permet aux roues motrices de tourner à des vitesses différentes tout en transmettant la puissance du moteur.

Le différentiel le plus simple utilise un engrenage conique. La couronne entraîne le porte-satellites, qui supporte les pignons. Ces pignons s'engrènent avec des engrenages latéraux reliés aux arbres de transmission. Lorsque les deux roues tournent à la même vitesse, les pignons sont immobiles. Lorsqu'une roue ralentit, les pignons tournent, permettant à l'autre roue d'accélérer. La vitesse moyenne des deux roues reste ainsi constante.

Les différentiels ouverts sont performants sur chaussée sèche, mais présentent un inconvénient : si une roue patine, l’autre ne reçoit plus de couple. C’est pourquoi les véhicules tout-terrain et les voitures de sport utilisent des différentiels à glissement limité, qui transmettent le couple à la roue qui adhère. Les différentiels autobloquants vont plus loin en bloquant les deux roues simultanément pour une traction maximale.

Les systèmes à quatre roues motrices utilisent des différentiels à l'avant, à l'arrière et parfois au centre. Le différentiel central gère la différence de vitesse entre les essieux avant et arrière. Les systèmes électroniques peuvent désormais freiner une roue qui patine et répartir le couple sur les autres, réduisant ainsi le besoin de dispositifs mécaniques à glissement limité.