差分探頭是一種有源探頭，有兩個輸入端，一個正極，一個負極以及一個單獨的地線；它驅動一個單端50-?電纜將其輸出傳輸到示波器通道。輸出信號與出現在兩個輸入端電壓之間的差值成比例。差分探頭互為參考，而不是對地電壓，并且觀測存在大的直流偏移時的小信號，或其它常用模式的信號，如電源傳輸線噪聲。
差分放大原理是指一對信號同時輸入到放大電路中，然后相減，得到原始信號。差分放大器是由兩個參數特性相同的晶體管用直接耦合方式構成的放大器。若兩個輸入端上分別輸入大小相同且相位相同的信號時，輸出為零，從而克服零點漂移。
基本差分放大器電路圖，未顯示偏置參數。Q1、Q2為參數相同的三極管。信號從Q1、Q2的基極同時輸入，由集電極輸出。得到的信號就是差分放大后的信號。
差分信號和普通的單端信號走線相比的優勢體現在哪：
1.時序定位精確，由于差分信號的開關變化是位于兩個信號的交點，而不像普通單端信號依靠高低兩個閾值電壓判斷，因而受工藝，溫度的影響小，能降低時序上的誤差，同時也更適合于低幅度信號的電路。
2.抗干擾能力強，因為兩根差分走線之間的耦合很好，當外界存在噪聲干擾時，幾乎是同時被耦合到兩條線上，而接收端關心的只是兩信號的差值，所以外界的共模噪聲可以被大程度抵消。
3.能有效抑制EMI，同樣的道理，由于兩根信號的極性相反，他們對外輻射的電磁場可以相互抵消，耦合的越緊密，泄放到外界的電磁能量越少。
