示波器差分探头主要用于观测差分信号。差分信号是相互参考、而不是以地作为参考的信号。差分信号尽管也可以使用配对的单端探头来测试，但差分探头提供了更高的性能：高CMRR、宽频率范围及输入间最小的时间偏移。差分探头的差分信号通过两条互补的线传送数据，一对信号同时传输到接收机，然后相减，得到原始信号。随着速率提高，差分信号变得越来越常见。差分信号消除了共模噪声，减少了对发射机与接收机之间公共参考电压的需求(信号通常会与这一电压进行比较，来确定逻辑电平)，同时消除了某些信号完整性问题，如“地弹”。
    宽带宽示波器和有源探头的用户还需要在单端探头和差分探头之间做出选择。单端探头测量的是信号对“地”的参考电压，而测量两路信号的相对电压差（与地平面无关），一般来说这两路信号是相位相差180度的正反电压，则需要使用差分探头。本质上，单端探头也是一种特殊的差分探头，因为测量的是信号与地平面的相对电势差，所以理论上用户也可以只买差分探头来覆盖所有差分信号和单端信号的测量需求，但多方面的因素又制约了这种可能性，与单端探头相比，差分探头价格更贵，使用也较不方面，需要额外的电源。
    那单端探头能否从理论上代替差分探头的功能呢？ 答案是否定的，不仅仅是因为价格或使用方便性的因素，更重要的是技术层面，差分信号测试的应用特点决定了很多情况下只有差分探头而非单端探头才能胜任这一工作。这包括差分信号表现形式、共模抑制能力、安全的浮地电源测量等等。
    1、差分测量特点
    计算机、通信、消费类电子工业的快速发展推动着信号传输率不断提高，也推动着越来越多的信号协议从单端拓扑结构转向差分拓扑结构，何为差分信号？通俗地说，就是芯片驱动端发送两个等值、反相的信号，接收端通过比较这两个电压的差值来判断逻辑状态“0”还是“1”。而承载差分信号的那一对走线就称为差分走线。差分信号和普通的单端信号走线相比，最明显的优势体现在以下三个方面：
    3、安全的浮地测量
    电源系统测试中经常要求测量三相供电中的火线与火线，或者火线与零（中）线的相对电压差，很多用户直接使用单端探头测量两点电压，导致探头烧毁的现象时有发生。这是因为：大多数示波器的”信号公共线”终端与保护性接地系统相连接，通常称之为“接地”。这样做的结果是：所有施加到示波器上，以及由示波器提供的信号都具有一个公共的连接点。该公用连接点通常是示波器机壳，通过使交流电源设备电源线中的第三根导线源线地线，并将探头地线连到一个测试点上。单端探头的地线与供电线直接相连，后果必然是短路。这种情况下，我们需要浮地测量。