微分作用在PID(比例-積分-微分)控制器中起著關鍵作用，它主要反映系統偏差信號的變化率，具有預見性，能預見偏差變化的趨勢，因此能產生超前的控製作用。在偏差還沒有形成之前，微分調節作用已開始消除偏差，從而可以改善系統的動態性能。
適當選擇微分時間，可以減少超調，減少調節時間，加快系統的過渡過程。然而，微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強的微分調節對系統抗干擾不利。此外，當輸入沒有變化時，微分作用輸出為零，這是因為微分反應的是變化率。
微分作用不能單獨使用，需要與比例和積分調節規律相結合，組成PD或PID控制器。在系統中，微分發揮了必不可少的作用，尤其是在機電控制、發散過程、機器人控制等系統中。然而，由於微分只存在於瞬間，有時可能會使系統產生震盪，為了避免震盪，一些系統採用不完全微分算法。