差分放大器的工作原理是基於其兩個輸入連線埠和一個輸出連線埠，通過比較兩個輸入信號的差異並放大這個差異，從而輸出一個放大後的差分信號。
差分放大器由兩個輸入連線埠和一個輸出連線埠組成。其輸入被分為正輸入端和負輸入端，分別用Vin+和Vin-表示，輸出信號用Vout表示。當兩個輸入信號Vi+和Vi-之間存在差異ΔV=Vi+-Vi-時，可以通過改變放大器的增益G來放大這個差異，輸出信號可以表示為Vout=G*ΔV。差分放大器的工作原理還涉及到幾個關鍵概念：
差模增益。指輸出電壓與輸入信號差異之間的關係，通常是一個常數，與輸入信號的幅度無關。
共模增益。指輸出電壓與輸入信號的共同模式電壓之間的關係。
共模抑制比(CMRR)。是指差分放大器輸出信號的共同模式分量與差分模式分量之間的比值。CMRR越大，表示差分放大器對共同模式信號的抑制能力越強。
此外，差分放大器是普通的單端輸入放大器的一種推廣，只要將差放的一個輸入端接地，即可得到單端輸入的放大器。它的主要作用是將輸入信號的差值放大，並且抑制共模信號的干擾。差分放大器廣泛套用於放大、濾波、自動控制等領域。