Работает дифференциал следующим образом. При движении автомобиля по ровной дороге все детали дифференциала вращаются вокруг общей оси как одно целое. Сухари относительно сепаратора не перемещаются. Крутящий момент передается от ведомой шестерни на сепаратор, с него на сухари, которые давят на кулачки звездочек и приводят их во вращение. Сила нормального давления сухарей на кулачки наружной и внутренней звездочек одинакова, но окружная сила, вращающая звездочки, вследствие разных углов наклона профилей кулачков на звездочках разная. На внутренней звездочке, имеющей большой угол наклона кулачков, окружная сила больше, чем на наружной. Большая окружная сила, приложенная на меньшем радиусе наружной звездочки, дает такой же крутящий момент, как и меньшая окружная сила, действующая на большем радиусе наружной звездочки. Таким образом, крутящий момент при движении прямо распределяется между колесами поровну.
При движении на повороте или по неровной дороге одно из колес вращается быстрее другого. Звездочка, соединенная с отстающим колесом, вращается медленнее; своими кулачками она толкает сухари в сторону второй звездочки, ускоряя ее вращение, тем самым дифференциал позволяет колесам вращаться с различными скоростями.
При скольжении сухарей по кулачкам на их поверхностях возникают силы трения. На звездочке, имеющей большую скорость, сила трения направлена против вращения, на отстающей — в сторону вращения. В этом случае крутящий момент распределяется дифференциалом не поровну; на отстающей звездочке крутящий момент больше на величину момента от сил трения, на забегающей звездочке меньше на эту же величину. Из-за наличия сил трения происходит перераспределение момента между колесами.
Это свойство дифференциала сказывается положительно при движении автомобиля по скользкой дороге. В случае буксования одного из колес на второе, не буксующее колесо, передается больший крутящий момент, и автомобиль не теряет проходимости.