Differentiaalinen lämpöanalyysi (DTA) tapahtuu, kun kaksi ainetta altistetaan samoille lämpötiloille ja lämpömuutoksille ajan myötä. Testi sisältää tyypillisesti vertailuaineen, jonka käyttäytyminen tiedetään soveltuvissa lämpötilaolosuhteissa. Toinen aine altistetaan samoille lämpötiloille ja muutosnopeuksille kuin vertailuaine. Näyte voi joko absorboida lämpöä, mikä tarkoittaa yleensä sitä, että se on viileämpi kuin viite, tai lähettää lämpöä, kun se on kuumempaa kuin ensimmäinen materiaali. Piirretyillä tiedoilla tutkijat voivat määrittää, miten tietyt materiaalit reagoivat tietyissä lämpötiloissa sekä ajan mittaan.
Vertailumateriaalit eivät tyypillisesti sula tai jäädy; niiden on pysyttävä vakaassa tilassa kokeilun toimimiseksi. Erilainen lämpöanalyysitekniikka tehdään usein asettamalla jokainen materiaali erilliseen astiaan. Jokainen säiliö on yleensä erillisessä ontelossa samassa tilassa. Termopareiksi kutsuttuja laitteita käytetään yleensä kahden materiaalin välisen lämpötilaeron kirjaamiseen. Termoelementit voivat havaita signaalin muutoksen vaiheessa, kuten sulamisen tai höyrystymisen.
Toinen menetelmä differentiaaliseen lämpöanalyysiin voi olla sähköä johtavien pannujen käyttö, joihin on kiinnitetty lämpöparit, uunin sisällä. Molemmat materiaalit kuumenevat useammin tasaisesti ajan kanssa, kun DTA suoritetaan tällä tavalla. Testin tulokset kirjataan tyypillisesti käyttämällä DTA -käyrää. Materiaalien väliset lämpötilaerot tai lämpötilan muutokset ajan mittaan voidaan piirtää. Kaavio havainnollistaa usein piilevää siirtymälämpöä, joka tapahtuu, kun aine muuttuu tilasta toiseen; tämä yleensä aiheuttaa sen, että näytteen lämpötila on tilapäisesti alle viitearvon.
Differentiaalinen lämpöanalyysi sisältää usein näytteiden testaamisen korkeammissa lämpötiloissa kuin muut lämpöanalyysit. Se voidaan suorittaa materiaaleilla, kuten metalli, keraaminen, lasi ja keraaminen. Usein käytettyjä vertailumateriaaleja ovat piikarbidi ja alumiini. Nestemäiset vertailustandardit sisältävät joskus piiöljyä.
21 -luvun tekniikka on yhdistänyt differentiaalisen lämpöanalyysin kykyyn havaita materiaalin massan häviäminen sekä lämpötilan muutos. Ohjelmistot voivat automaattisesti seurata prosessia ja tallentaa mittaukset. Ennen testiä differentiaalisen lämpöanalyysin instrumentit on yleensä kalibroitava. Erillinen kalibrointimenettely suorittaa materiaaleja, joiden tiedetään reagoivan tietyllä tavalla tietyillä lämpötila -alueilla. Paikalliset ja alueelliset määräykset voivat ohjata kalibrointiprosessia erilaisiin lämpöanalyyseihin farmaseuttisissa, elintarvike- tai ympäristösovelluksissa.