差分信号是由两个幅度相等、相位相反的信号组成，其信息通过两者的差值传递。差分探头的设计初衷就是优化这类信号的测量，典型应用包括：

高速数字总线：如 USB（尤其是 USB 3.0 及以上）、HDMI、LVDS（低压差分信号，常用于显示屏与主板连接）、SATA（硬盘接口）等，这些总线通过差分信号传输以减少干扰、提高传输速率。

差分通信协议：例如 CAN 总线（汽车电子中常用，通过差分信号抗电磁干扰）、Ethernet（以太网，部分高速版本采用差分传输）、RS485（工业通信，差分信号实现长距离传输）。

差分放大器输出：在模拟电路中，差分放大器的输出信号通常为差分形式，需用差分探头测量其幅度和相位差。

差分探头一般具备交流耦合模式，可过滤直流分量，专注测量交流信号，包括：

音频信号：音频设备中部分差分输出的信号（如平衡音频接口 XLR），用差分探头可准确测量其幅度和失真度。

交流电源信号：可测量交流电源的电压波形（需注意探头的电压量程），尤其适用于存在共模干扰的场景（如电源线上的噪声）。

高频振荡信号：如射频电路中的差分振荡信号，差分探头的高频带宽（部分型号可达 GHz 级别）使其能捕捉高频细节。

当信号中混入共模噪声（如接地噪声、电磁干扰 EMI）时，单端探头会受干扰影响测量准确性，而差分探头能有效抑制共模信号，因此适合测量：

电机驱动信号：电机运行时会产生强电磁干扰，其驱动电压（如直流电机的 PWM 驱动信号）常带有共模噪声，差分探头可清晰还原真实信号。

工业控制信号：工业环境中存在大量设备干扰，传感器（如压力、温度传感器）的差分输出信号需用差分探头测量，避免干扰导致误判。

电源纹波：开关电源输出的电压中可能包含共模纹波，差分探头可排除接地噪声，精准测量差模纹波的幅度和频率。

部分高压差分探头（如用于电力电子领域）可测量千伏级别的差分信号，适用于：

功率电子电路：如逆变器、变频器中的桥臂电压（上下管之间的差分电压），新能源汽车的高压电池管理系统（BMS）中的电芯电压差等。

高压设备测试：如高压变压器的次级输出差分电压、高压直流输电系统中的差分信号监测。

纯直流信号：多数差分探头的直流精度较低（部分型号支持直流耦合，但性能不如直流探头），测量纯直流信号建议用单端直流探头。

超出量程的信号：需严格遵守探头的电压额定值（包括差模电压和共模电压），否则可能损坏探头或仪器。

单端信号（非必需时）：单端信号（如普通 GPIO 电平）用单端探头更简便，差分探头虽可测（将一端接地），但无优势。