托森差速器的工作原理基於蝸輪蝸桿傳動的自鎖特性，其核心組件包括蝸輪和蝸桿，以及嚙合的直齒圓柱齒輪。當車輛直線行駛時，左右車輪的轉速相同，此時差速器中的蝸輪和蝸桿都不工作。在車輛轉彎時，左右車輪的轉速不同，這時蝸輪和蝸桿開始工作，實現差速。
具體來說，當車輛右轉彎時，左側車輪的轉速比右側快，這種轉速差被托森差速器感知並分配。左側轉速較快的蝸桿會帶動與之嚙合的蝸輪轉動，而右側轉速較慢的蝸桿相對於外殼呈現出一種反向運動。由於蝸輪兩端裝有直齒圓柱齒輪，這兩個蝸輪將以相同的速度旋轉，從而實現差速運動。
托森差速器還能有效應對動力分配不均的問題。如果一側車輪開始空轉，這種轉速的變化會被傳遞到蝸輪上，導致右側蝸輪將動力傳遞到左側蝸輪。由於蝸桿機構的自鎖特性，左側蝸輪無法將動力傳遞到左邊的蝸桿上，最終結果就是整個機構變成一個整體，被完全鎖住，左右車輪被迫一起旋轉。這樣，托森差速器就能有效地將動力分配給抓地力較低的一側，提高車輛的通過能力。
托森差速器的內部結構和普通差速器迥異，它的核心是一組外形奇特的齒輪副，包括直齒（蝸輪）和螺旋齒（蝸桿）。當車輛直行時，蝸輪帶動蝸桿旋轉，左右輪轉速相同。汽車右轉時，左輪會比右輪轉速更高。托森完美支持這樣的轉速差。此時，兩側蝸輪之間嚙合的直齒輪會確保蝸輪轉速相同，從而實現完美的差速效果。