Diferencinė terminė analizė (DTA) įvyksta, kai dvi medžiagos yra veikiamos tos pačios temperatūros ir laikui bėgant keičiasi šiluminiai pokyčiai. Į bandymą paprastai įtraukiama etaloninė medžiaga, kurios elgsena yra žinoma esant taikomoms temperatūros sąlygoms. Kitą medžiagą veikia tokia pati temperatūra ir kitimo tempai kaip ir etaloninė medžiaga. Mėginys gali arba sugerti šilumą, o tai paprastai reiškia, kad jis yra vėsesnis nei etaloninis, arba skleisti šilumą, kai yra karštesnis nei pirmoji medžiaga. Remdamiesi braižytais duomenimis, mokslininkai gali nustatyti, kaip konkrečios medžiagos reaguoja tam tikroje temperatūroje ir laikui bėgant.
Etaloninės medžiagos paprastai netirpsta ir neužšąla; jie turi išlikti pastovioje būsenoje, kad eksperimentas veiktų. Diferencinės šiluminės analizės metodas dažnai atliekamas dedant kiekvieną medžiagą į atskirą konteinerį. Kiekvienas konteineris paprastai yra atskiroje ertmėje toje pačioje erdvėje. Termoporomis vadinami instrumentai paprastai naudojami abiejų medžiagų temperatūrų skirtumams registruoti. Termoporos gali kaip signalą aptikti fazės pasikeitimą, pvz., tirpimą ar garavimą.
Kitas diferencinės šiluminės analizės metodas gali būti laidžių keptuvių naudojimas su prie jų pritvirtintomis termoporomis krosnies viduje. Abi medžiagos dažniau kaitinamos vienodai laikui bėgant, kai šitaip atliekama DTA. Bandymo rezultatai paprastai registruojami naudojant DTA kreivę. Galima nubraižyti medžiagų temperatūrų skirtumus arba temperatūros pokyčius laikui bėgant. Grafikas dažnai vizualizuoja latentinę perėjimo šilumą, kuri atsiranda, kai medžiaga pereina iš vienos būsenos į kitą; dėl to mėginio temperatūra paprastai laikinai būna žemesnė už etaloninę.
Diferencinė terminė analizė dažnai apima mėginių testavimą aukštesnėje temperatūroje nei kitos terminės analizės formos. Jis gali būti atliekamas su tokiomis medžiagomis kaip metalas, keramika, stiklas ir keramika. Etaloninės medžiagos, kurios dažnai naudojamos, yra silicio karbidas ir aliuminis. Skysčių atskaitos standartai kartais apima silicio alyvą.
XXI amžiaus technologija sujungė diferencinę šiluminę analizę su galimybe aptikti medžiagos masės praradimą ir temperatūros pokyčius. Programinės įrangos programos gali automatiškai stebėti procesą ir įrašyti matavimus. Prieš atliekant bandymą, diferencinės šiluminės analizės prietaisai paprastai turi būti sukalibruoti. Atskira kalibravimo procedūra atlieka medžiagas, kurios tam tikruose temperatūros diapazonuose reaguoja tam tikru būdu. Vietiniai ir regioniniai reglamentai gali padėti kalibruoti skirtingą šiluminę analizę farmacijos, maisto ar aplinkosaugos srityse.