Diferencijalna toplinska analiza (DTA) događa se kada su dvije tvari izložene istim temperaturama i toplinskim promjenama tijekom vremena. Ispitivanje obično uključuje referentnu tvar, čije je ponašanje poznato pod primijenjenim temperaturnim uvjetima. Druga tvar je podvrgnuta istim temperaturama i stopama promjene kao referentna. Uzorak može apsorbirati toplinu, što općenito znači da je hladniji od referentnog, ili emitirati toplinu kada je topliji od prvog materijala. Pomoću podataka koji su ucrtani, istraživači mogu odrediti kako određeni materijali reagiraju na određenim temperaturama, kao i tijekom vremena.
Referentni materijali se obično ne tope ili smrzavaju; moraju ostati u stabilnom stanju da bi eksperiment uspio. Tehnika diferencijalne toplinske analize često se provodi stavljanjem svakog materijala u zasebnu posudu. Svaki spremnik se obično nalazi u zasebnoj šupljini u istom prostoru. Instrumenti koji se nazivaju termoelementi općenito se koriste za bilježenje temperaturnih razlika između oba materijala. Termoparovi mogu detektirati promjenu faze, kao što je taljenje ili isparavanje, kao signal.
Druga metoda diferencijalne toplinske analize može biti korištenje vodljivih posuda, s termoelementima pričvršćenim na njih, unutar peći. Oba materijala češće se jednako zagrijavaju s vremenom kada se DTA provodi na ovaj način. Rezultati testa se obično bilježe korištenjem DTA krivulje. Mogu se nacrtati razlike u temperaturi između materijala ili promjena temperature tijekom vremena. Graf često vizualizira latentnu toplinu prijelaza koja se događa dok se tvar mijenja iz jednog stanja u drugo; to obično uzrokuje da temperatura uzorka privremeno bude niža od referentne.
Diferencijalna toplinska analiza često uključuje ispitivanje uzoraka na višim temperaturama od drugih oblika toplinske analize. Može se provoditi s materijalima kao što su metal, keramika, staklo i keramika. Referentni materijali koji se često koriste uključuju silicij karbid i aluminij. Tekući referentni standardi ponekad uključuju silikonsko ulje.
Tehnologija u 21. stoljeću kombinirala je diferencijalnu toplinsku analizu sa sposobnošću detekcije gubitka mase materijala kao i promjene temperature. Softverski programi mogu automatski pratiti proces i snimati mjerenja. Prije ispitivanja, instrumenti za diferencijalnu toplinsku analizu općenito moraju biti kalibrirani. Zasebni postupak kalibracije pokreće materijale za koje je poznato da reagiraju na određeni način u danim temperaturnim rasponima. Lokalni i regionalni propisi mogu voditi proces kalibracije za diferencijalnu toplinsku analizu u farmaceutskim, prehrambenim ili ekološkim primjenama.