Если через отдельные элементы или узлы электрической цепи протекает ток I, и при увеличении тока I уменьшается напряжение V на этих элементах, то сопротивление R таких элементов называют отрица́тельным дифференциа́льным.

dV/dI = R < 0.

Характер изменения I(V) можно наблюдать на вольт-амперной характеристике (ВАХ) (см. рисунок). C точки зрения радиотехники такие элементы являются активными, позволяют преобразовать энергию источника питания в незатухающие колебания, могут использоваться в схемах переключения.

В общем случае отрицательное внутреннее сопротивление является функцией напряжения (тока) и частоты ω, то есть понятие отрицательного дифференциального сопротивления сохраняет смысл для соответствующих компонент разложения в ряд Фурье:

${\displaystyle R(\omega )=dV(\omega )/dI(\omega ).}$

Понятие отрицательного дифференциального сопротивления используют при рассмотрении устойчивости различных радиотехнических цепей. Такое сопротивление может компенсировать некоторую часть потерь в электрической цепи, если его абсолютная величина меньше активного сопротивления; в противоположном случае состояние становится неустойчивым, возможен переход в другое состояние (состояние устойчивого равновесия) (переключение) или возникновение колебаний (генерация). В однородном образце полупроводника в области существования отрицательного дифференциального сопротивления неустойчивость может приводить к разбиению образца на участки сильного и слабого поля (доменная неустойчивость) для характеристики N-типа или шунтированию тока по сечению образца для характеристики S-типа.

Элемент цепи с отрицательным сопротивлением называют негатроном. Такие элементы могут иметь различную физическую реализацию.