Die Differenzmaschine (englischer Originaltitel: The Difference Engine) ist ein Roman aus dem Jahre 1990 und das Ergebnis einer Zusammenarbeit der beiden Autoren William Gibson und Bruce Sterling. Das Werk kann den Genres Alternativweltgeschichte und Science-Fiction zugeordnet werden und wird vielfach als erster Vertreter des Steampunk-Subgenres bezeichnet. Die Handlung spielt hauptsächlich im viktorianischen London des Jahres 1855 und dreht sich um einen mysteriösen Lochkartenstapel, ein einfaches Datenspeichermedium, bestehend aus gestanzten Lochkarten, die von der titelgebenden Differenzmaschine, einem mechanischen Computer, ausgelesen werden können. Diesen Lochkartenstapel versuchen verschiedene Personen in ihre Gewalt zu bekommen, wobei die tatsächliche Bedeutung der Informationen darauf bis zum Schluss des Romans völlig unklar bleibt. Wie in anderen Geschichten von William Gibson ist der Stapel daher weitgehend ein MacGuffin.
Im Gegensatz zum realen Verlauf der Geschichte hat in dieser alternativen Zeitlinie der britische Dichterfürst Lord Georg Gordon Byron den Griechischen Unabhängigkeitskrieg überlebt, während in London der Mathematiker und Erfinder Charles Babbage den Prototypen einer mechanischen Rechenmaschine konstruiert (die er in der realen Zeitlinie zwar plante, aber nie vollendete). Auf Initiative der ambitionierten Ehefrau Byrons, Lady Anne Byron, gründen die beiden Männer eine politische Bewegung, die s.g. Industrielle Radikale Partei, welche das Ziel verfolgt, Großbritannien umfassend zu modernisieren und die Privilegien von Adel und Kirche sowie Beschränkungen von Industrie und Wissenschaft abzuschaffen. Bei den Wahlen zum Unterhaus von 1830 gewinnt die Partei Byrons und Babbages zwar die meisten Sitze, aber Lord Wellington, der das Land als reaktionärer und diktatorisch regierender Premierminister führt, verhindert zunächst die Regierungsübernahme. Als er bei einem Bombenattentat ums Leben kommt, ist der Weg jedoch frei und Byron wird neuer Premierminister. Die Schuld an dem Attentat auf Wellington wird derweil den Ludditen, einer Bewegung von Maschinenstürmern, in die Schuhe geschoben, deren Wortführer verurteilt und gehängt werden. Im Buch werden jedoch im Verlauf der Handlung Andeutungen gemacht, dass die Radikalen selbst das Attentat in die Wege geleitet hatten, um die Diktatur Wellingtons aus dem Weg zu räumen, und die Ludditen lediglich als Bauernopfer missbraucht wurden, um der Öffentlichkeit einen Schuldigen präsentieren zu können.
Die Machtübernahme der Radikalen Partei beschert dem Britischen Empire einen kolossalen Entwicklungsschub, der sich u.A. in einer beschleunigten Industrialisierung und in einem rasanten wissenschaftlichen Fortschritt zeigt (Dampfautomobile, Untergrundbahnen und industriell gefertigte Massenwahre gehören bald zum Alltag). Außerdem perfektioniert Babbage seine Differenzmaschine, sodass seine dampfbetriebenen Computer bald in umfassend Weise zur Speicherung und Verarbeitung von Daten, vor allem demografischer Informationen über die Bevölkerung, verwendet werden. Im Zuge dieser Entwicklung formt sich eine neue Oberschicht aus praktisch veranlagten, neureichen Industriellen und bedeutenden Wissenschaftlern, an welche nun zunehmend auch Adelstitel vergeben werden (so tragen z.B. Isambard Kingdom Brunel, William Colgate und Charles Darwin den Titel einer Lordschaft und sitzen im Oberhaus). Außenpolitisch ist das Empire die mächtigste Nation der Erde und kontrolliert nach der Devise "Divide et impera" das politische Geschehen weltweit. So befinden sich die Vereinigten Staaten von Amerika in einem (verfrüht stattfindenden) Bürgerkrieg zwischen den Nord- und Südstaaten. Texas und Kalifornien sind eigenständige Republiken und in New York wurde, im Chaos des Bürgerkrieges, die sozialistische Kommune von Manhattan ausgerufen. In Europa ist das Französische Kaiserreich, unter der Herrschaft von Napoleon III., die wichtigste politische Macht neben Großbritannien und baut eigene Differenzmaschinen (nach spezieller französischer Bauart). Die Deutsche Einigung wird durch britische Geheimdiensttätigkeit politisch hintertrieben, auch wenn mit Prinzgemahl Albert, dem Ehemann von Königin Victoria, ein deutscher Fürst eine hohe Position am Hof einnimmt. Im Krimkrieg, der 1853 bis 1856 zwischen dem Russischen Reich und Großbritannien ausgetragen wurde, demonstrieren die britischen Truppen ihre Überlegenheit durch den Einsatz von technisch überlegener Artillerie und Panzerwagen. Indien ist eine Kolonie und das isolierte Kaiserreich Japan wiederum wurde durch britische Kriegsschiffe zwangsweise dem Westen geöffnet (nicht durch die amerikanischen „Schwarzen Schiffe“ wie in der realen Zeitlinie) und versucht nun, durch regen kulturellen Austausch, von den Briten zu lernen, um dereinst zur mächtigsten und fortschrittlichsten Nation Asiens aufzusteigen.
Im Laufe des Romans kommen eine Reihe von tatsächlichen historischen Persönlichkeiten vor, die allerdings in der alternativen Zeitlinie einen völlig anderen Lebensweg beschritten haben. Karl Marx hat London in Richtung Amerika verlassen und ist Führungsfigur der Kommune von Manhattan. Benjamin Disraeli lebt und arbeitet als Schriftsteller in London, ohne die erkennbare Absicht jemals Premierminister zu werden, wie er es in der realen Zeitlinie wurde. Der Dichter John Keats tritt als s. g. Kinotropist auf, also als Bediener eines einfachen Kinos, das mit Hilfe mechanischer Pixel einen Film abspielen kann. Der Autor Laurence Oliphant ist nur in den Augen der Öffentlichkeit ein Schriftsteller und arbeitet in Wirklichkeit als Agent und Chef der Geheimpolizei. Der französische Schriftsteller Théophile Gautier ist in dieser alternativen Welt ein Programmierer und Experte für die französischen Differenzmaschinen.
Der Roman beginnt mit Sybil Gerard. Sie ist die Tochter des Ludditen-Aktivisten Walter Gerard, der im Zuge der Machtübernahme der Radikalen Partei hingerichtet wurde, wobei der Verrat des aufstrebenden Politikers Charles Egremont für die Verurteilung ausschlaggebend war. Nach der Hinrichtung ihres Vaters stürzte Sybil schließlich gesellschaftlich ab und endete als Prostituierte in London, wo sie unter dem falschen Namen Sybil Jones lebt. Einer ihrer Freier, Michael "Mick" Radley, findet ihre Identität heraus und will Sybil, als Gehilfin und Lehrling, unter seine Fittiche nehmen. Sie soll ihn auf einer Europareise begleiten, bei der Radley gemeinsam mit dem ehemaligen Texanischen Präsidenten Samuel Houston unterwegs ist. Dieser wurde in der Heimat durch einen Militärputsch gestürzt und ist nun in Europa unterwegs, um Unterstützer und Geldgeber zu finden, mit deren Hilfe er in Französisch-Mexiko eine Armee aufstellen kann, um die Macht in Texas wiederzugewinnen. Dafür hält er eine Vortragsreihe in London, die in den nächsten Tagen in Paris fortgesetzt werden soll. Radley begleitet Houston als Kinotropist, der Houstons Vortrag visuell begleiten soll. Bevor der Vortrag beginnt, gibt Radley Sybil den Auftrag, einen Holzkasten mit einem geheimnisvollen Lochkartenstapel zur Post zu bringen und nach Paris vorauszuschicken. Die Informationen auf den Lochkarten sollen eine Reihe von mathematischen Formeln beweisen, mehr will Radley jedoch nicht verraten. Vor der Abreise auf den Kontinent verschickt Sybil ein Telegramm an Egremont, worin sie ihm droht, dass sie London in Begleitung mächtiger Freunde verlasse. Doch die Abreise findet nicht wie geplant statt. Der angetrunkene Houston gerät an der Hotelbar mit Radley in Streit und will nicht mehr weiter mit ihm zusammenarbeiten, auf Houstons Hotelzimmer greift zudem ein Attentäter der Texanischen Junta die Gruppe an. Houston überlebt zwar angeschossen, doch Radley stirbt im Handgemenge. Sybil und Houston machen sich daraufhin auf unterschiedlichen Wegen doch auf den Weg nach Frankreich, wo sie jedoch nicht aufeinandertreffen. Später erfährt man, dass Houston sein Ziel, die Macht in Texas wiederzuerringen, nicht erreichen wird.
Einige Monate später kehrt der Paläontologe und Entdecker Edward Mallory von einer langen Forschungsexpedition in Amerika nach Großbritannien zurück. Bei seinen Ausgrabungen in Wyoming hat er die fossilen Überreste eines Dinosauriers ausgegraben, den die Presse „Land-Leviathan“ nennt, was ihm den Spitznamen „Leviathan-Mallory“ eingebracht hat. Beim Besuch eines Autorennens fällt Mallory ein verdächtiges Paar auf, das eine verschleierte Frau in seiner Gewalt zu haben scheint. Mallory kann die verschleierte Frau aus der Gewalt des Paares befreien. Er führt sie zur Königlichen Einfriedung, wobei sie ihm den Holzkasten mit den Lochkarten anvertraut, den der Leser als das Besitzstück Radleys kennt, den Sybil Gerard nach Paris verschickt hatte. Die unbekannte Frau betraut Mallory mit der sicheren Aufbewahrung. Erst, als sie schon bei der Polizeiabsperrung der Königlichen Einfriedung ist, lüftet sie ihren Schleier und gibt sich als Ada Byron, die Tochter von Lord Byron, dem Premierminister, zu erkennen, die zudem als begnadete Programmiererin (im Roman als Locher bezeichnet) bekannt ist.
Wieder zurück in London, wo Mallory in der Royal Society arbeitet, erhält er einen Drohbrief, der mit dem Pseudonym „Kapitän Swing“ unterzeichnet ist und in dem von ihm die Rückgabe der Lochkarten gefordert wird. Swing droht damit Mallory zu vernichten und bringt einige grobe Gerüchte über ihn in Umlauf, u. a. dass er angeblich der Mörder eines kurz zuvor getöteten Kollegen, Prof. Francis Rudwick, sei. Außerdem verfolgen zwei Straßengauner Mallory und verletzen ihn bei einem Handgemenge schwer und es gibt einen Brandanschlag auf Mallorys Wohnung. Vom Chef der Geheimpolizei, Laurence Oliphant, wird Mallory daher unter Polizeischutz gestellt. Außerdem nimmt Oliphant Ermittlungen gegen die beiden Unbekannten auf, die Mallory auf der Rennbahn getroffen und aus deren Gewalt er Ada Byron befreit hatte. Bei einem Besuch im Amt für Statistik, wo auf gewaltigen Differenzmaschinen unzählige Daten über vorbestrafte Kriminelle gespeichert sind, kann Mallory zudem den Namen der Frau herausfinden, die auf der Rennbahn zugegen war. Sie heißt Florence Russel Bartlett und ist als Giftmörderin bekannt. Der Name des Mannes bleibt zunächst unbekannt, allerdings ist sich Mallory sicher, dass er mit Kapitän Swing, von dem die Drohbriefe stammen, identisch sein muss. Um den Lochkartenstapel zu schützen, den er von Ada Byron in Gewahrsam genommen hat, arbeitet er ihn in den Schädel einer kolossalen Gipsfigur des von ihm entdeckten Dinosauriers im Museum der Paläontologie ein. Den Aufenthaltsort teilt er Ada Byron schriftlich mit.
Parallel zu den Geschehnissen um Mallory und den Lochkartenstapel brechen in London anarchieartige Unruhen aus, die durch ein, als der Große Gestank bekannt gewordenes, Phänomen ausgelöst werden. Grund dafür ist das Ausbleiben von Regen und frischem Wind, wodurch sich eine gewaltige Wolke aus Smog und stinkenden Ausdünstungen der Themse über die Stadt legt (ähnlich dem realen "Great Stink" von 1858). Im heißen und stickigen Dunst in den Straßen verlieren die Ordnungskräfte die Kontrolle über die Stadt. Plündernde Banden brechen in Geschäfte ein und liefern sich Straßenschlachten mit der Polizei und der Feuerwehr, das Verkehrsnetz bricht zusammen und alle Dampfmaschinen werden abgestellt, um weiteren Smog zu verhindern. Das Parlament, der Königshof sowie die gesamte wohlhabende Schicht der Stadt sind bereits aufs Land oder in andere Städte geflohen. Mitten im Chaos sieht Mallory, dass in der ganzen Stadt Plakate hängen, auf denen kompromittierende Lügen über ihn verbreitet werden. Auf weiteren Plakaten wird zudem zu Aufstand und Anarchie aufgerufen, u. a. indem das moderne London mit der biblischen Hure Babylon gleichgesetzt und als „Babylondon“ bezeichnet wird. Durch ein klärendes Gespräch mit dem Plakatkleber findet Mallory heraus, dass die Plakate von Kapitän Swing in Auftrag gegeben wurden. Der Plakatkleber offenbart Mallory zudem den Aufenthaltsort Swings – die Westindiendocks. Noch während die Unruhen des Großen Gestanks wüten, suchen Mallory, zwei seiner herbeigeeilten Brüder sowie Inspektor Frazer, der zu Mallorys Schutz abgestellt wurde, das Hauptquartier Swings an den Docks auf und liefern sich eine Schießerei mit dessen Anhängern, die sich als fanatische, sozialistische Revolutionäre mit Verbindungen zur Kommune von Manhattan herausstellen. Als Regen einsetzt und das baldige Ende des Großen Gestanks und damit der revolutionären Aktivitäten Swings verheißt, versucht dieser in einer letzten verzweifelten Tat Mallory zu töten, wird dabei allerdings von diesem angeschossen und kann von Frazer verhaftet werden. Seine Vertraute, Florence Russel Bartlett, kann jedoch fliehen.
Während in London der Große Gestank gewütet hat, ist Lord Byron an Altersschwäche gestorben. Seine Nachfolge nimmt Lord Brunel ein, unter dessen Regierung Charles Egremont eine hohe Position erhält und eine aggressive Anti-Ludditen-Kampagne ins Leben ruft, obwohl es diese Bewegung seit den Jahren der Machtübernahme der Radikalen Partei nicht mehr gibt. Im vermeintlichen Kampf gegen Ludditen übernimmt Egremont nach und nach die Kontrolle über diverse Staatsinstitutionen, vor allem das mächtige Amt für Statistik, und droht bald Großbritannien autokratisch zu regieren. Während sich die Herrschaft Egremonts nach und nach verfestigt, ermittelt Oliphant weiterhin zum Attentat auf Houston, bei dem Michael Radley ums Leben gekommen ist. Im Zuge der Ermittlungen kommen wesentliche Hintergründe der bisherigen Ereignisse ans Licht, u.A. dass Ada Byron die ganze Zeit unfreiwillig mit der Gruppe um Swing unter einer Decke steckte. Wegen hoher Wettverluste stand sie in Swings Schuld und wollte ihre Schulden mit der Anfertigung des geheimnisvollen Lochkartenstapels begleichen, hinter welchem Oliphant und die meisten anderen Protagonisten ein Programm zur Berechnung von Wettergebnissen, einen s.g. Modus vermuten. Radley, der ein Vertrauter Swings war, sollte ursprünglich den Modus nach Paris bringen, was durch den Anschlag des texanischen Attentäters verhindert wurde. Oliphant findet im Zuge der Ermittlungen ebenfalls heraus, dass Sybil Gerard den Lochkartenstapel in Paris mithilfe französischer Locher durch die Hauptrechenmaschine der französischen Regierung, den "Großen Napoleon", laufen ließ, der seitdem ein auffälliges Fehlverhalten zeigt und nicht mehr richtig zu funktionieren scheint. Außerdem stellt sich heraus, dass Florence Russel Bartlett den Lochkartenstapel in Frankreich wieder an sich bringen konnte und nach Großbritannien zurückbrachte, wo er jedoch (durch das Eingreifen von Mallory an der Rennstrecke) der Gruppe von Swing letztlich doch wieder abhanden kam. Der letzte Versuch Bartletts, den Lochkartenstapel nun endgültig wieder in ihren Besitz zu bringen, endet schließlich in einem für sie tödlichen Gefecht mit der Polizei, als sie den Gipsschädel mit dem Lochkartenstapel aus dem Paläontologie-Museum stehlen will, wo ihn Mallory versteckt hatte. Nun, nach der Verhaftung Swings und dem Tod Bartletts, nimmt Oliphant den Lochkartenstapel an sich und verwahrt ihn privat, aus Angst, er könnte dem immer mächtiger werdenden Egremont in die Hände fallen. Im Rahmen der Ermittlungen fällt Oliphant auch der Text des Telegramms in die Hände, das Sybil vor ihrer Abreise an Egremont verschickt hatte. Darin hatte Sybil Egremont an seinen Verrat an ihrem Vater erinnert. Oliphant sieht eine Möglichkeit, die Verfestigung der Herrschaft Egremonts über Großbritannien zu verhindern. Mithilfe seines Bekannten Lucien Arslau, eines hochrangigen Vertreters des französischen Geheimdienstes, sucht Oliphant Sybil in Paris auf. Er überzeugt sie davon, Egremont mit ihrem Wissen um dessen Verrat an Walter Gerard zu erpressen und seine politische Karriere so zu beenden. Sybil schreibt einen Brief, in welchem sie Egremont droht, die Geschichte öffentlich zu machen. Als ein japanischer Schüler und Vertrauter Oliphants den Brief an Egremont übergibt, ahnt der Leser, dass die politischen Ambitionen Egremonts damit ein Ende finden werden.
Das letzte Kapitel des Romans besteht aus einer Reihe von Einzelschriftstücken, u. a. Zeitungsartikel, Briefe, private Tagebucheinträge, die (in einem dokumentarischen Stil) einige offengebliebene Hintergründe sowie Teile der Vorgeschichte der Handlung aufklären. Im letzten Abschnitt wird beschrieben, wie Ada Byron nach einem Vortrag in Paris eine Vision von der Zukunft hat. Darin sieht sie, wie im modernen London des Jahres 1991 (ein Jahr nach der tatsächlichen Veröffentlichung des Romans) ein moderner Supercomputer die Ereignisse von damals analysiert hat, um seine eigene Entstehungsgeschichte nachzuvollziehen. Er stellt sich so als der Erzähler der Handlung heraus. Es wird angedeutet, dass das Programm auf dem Lochkartenstapel die Grundlage für die Programmierung des Computers war. Im Angesicht der Erkenntnis seiner eigenen Entstehungsgeschichte erkennt der Computer sich selbst und entwickelt ein eigenes Bewusstsein. In der Folge redet er das erste Mal von sich selbst als Ich.
Hervorgehoben wurde in Besprechungen des Buches, dass die geschilderte Welt lediglich eine literarische Umgebung konstruiert, die trotz aller farbigen Ausschmückungen auf unsere Gegenwart und ihre Probleme verweist.