เทอร์โมสตัทเป็นอุปกรณ์ควบคุมอุณหภูมิอัตโนมัติ โดยปกติจะมีส่วนประกอบการตรวจจับอุณหภูมิ โดยขยายหรือหดตัวเพื่อเปิดและปิดการไหลของของเหลวระบายความร้อน นั่นคือ ปรับน้ำเข้าสู่หม้อน้ำโดยอัตโนมัติตามอุณหภูมิของของเหลวระบายความร้อน เปลี่ยนช่วงการหมุนเวียนของของเหลวระบายความร้อน เพื่อปรับความสามารถในการกระจายความร้อนของระบบระบายความร้อน
เทอร์โมสตัทเครื่องยนต์หลักเป็นเทอร์โมสตัทชนิดขี้ผึ้งซึ่งควบคุมโดยพาราฟินภายในผ่านหลักการของการขยายตัวทางความร้อนและการหดตัวของความเย็นเพื่อควบคุมการไหลเวียนของน้ำหล่อเย็น เมื่ออุณหภูมิการทำความเย็นต่ำกว่าค่าที่กำหนด พาราฟินที่กลั่นแล้วในตัวตรวจจับอุณหภูมิเทอร์โมสตัทจะแข็ง วาล์วเทอร์โมสตัทภายใต้การกระทำของสปริงเพื่อปิดช่องทางระหว่างเครื่องยนต์และหม้อน้ำ น้ำหล่อเย็นผ่านปั๊มน้ำเพื่อกลับสู่เครื่องยนต์ รอบเล็กของเครื่องยนต์ เมื่ออุณหภูมิของน้ำหล่อเย็นถึงค่าที่กำหนด พาราฟินจะเริ่มละลายและค่อยๆ กลายเป็นของเหลว และปริมาตรจะเพิ่มขึ้นและกดท่อยางเพื่อให้หดตัว ในเวลาเดียวกัน ท่อยางจะหดตัวและออกแรงผลักขึ้นบนแกนผลัก แกนผลักมีแรงผลักลงบนวาล์วเพื่อให้วาล์วเปิด ในเวลานี้ น้ำหล่อเย็นจะไหลผ่านหม้อน้ำและวาล์วเทอร์โมสตัท จากนั้นจึงไหลกลับไปยังเครื่องยนต์ผ่านปั๊มน้ำเพื่อการหมุนเวียนขนาดใหญ่ เทอร์โมสตัทส่วนใหญ่ติดตั้งอยู่ในท่อระบายน้ำของหัวกระบอกสูบ ซึ่งมีข้อดีคือมีโครงสร้างเรียบง่ายและระบายฟองอากาศในระบบระบายความร้อนได้ง่าย ข้อเสียคือเทอร์โมสตัทมักจะเปิดและปิดขณะทำงาน ทำให้เกิดปรากฏการณ์แกว่ง
เมื่ออุณหภูมิในการทำงานของเครื่องยนต์ต่ำ (ต่ำกว่า 70°C) เทอร์โมสตัทจะปิดเส้นทางที่นำไปสู่หม้อน้ำโดยอัตโนมัติและเปิดเส้นทางที่นำไปสู่ปั๊มน้ำ น้ำหล่อเย็นที่ไหลออกจากเสื้อสูบน้ำจะเข้าสู่ปั๊มน้ำโดยตรงผ่านท่อและถูกส่งไปยังเสื้อสูบน้ำโดยปั๊มน้ำเพื่อหมุนเวียน เนื่องจากน้ำหล่อเย็นไม่ได้ถูกระบายออกโดยหม้อน้ำ จึงสามารถเพิ่มอุณหภูมิในการทำงานของเครื่องยนต์ได้อย่างรวดเร็ว เมื่ออุณหภูมิในการทำงานของเครื่องยนต์สูง (สูงกว่า 80°C) เทอร์โมสตัทจะปิดเส้นทางที่นำไปสู่ปั๊มน้ำโดยอัตโนมัติและเปิดเส้นทางที่นำไปสู่หม้อน้ำ น้ำหล่อเย็นที่ไหลออกจากเสื้อสูบน้ำจะถูกทำให้เย็นลงโดยหม้อน้ำแล้วส่งไปยังเสื้อสูบน้ำโดยปั๊มน้ำ ซึ่งจะช่วยเพิ่มความเข้มข้นในการทำความเย็นและป้องกันไม่ให้เครื่องยนต์ร้อนเกินไป เส้นทางรอบนี้เรียกว่ารอบใหญ่ เมื่ออุณหภูมิในการทำงานของเครื่องยนต์อยู่ระหว่าง 70 °C ถึง 80 °C จะมีรอบการทำงานขนาดใหญ่และขนาดเล็กเกิดขึ้นพร้อมๆ กัน นั่นคือ ส่วนหนึ่งของน้ำหล่อเย็นสำหรับรอบการทำงานขนาดใหญ่ และอีกส่วนหนึ่งของน้ำหล่อเย็นสำหรับรอบการทำงานขนาดเล็ก
หน้าที่ของเทอร์โมสตัทรถยนต์คือปิดรถก่อนที่อุณหภูมิจะไม่ถึงอุณหภูมิปกติ ในเวลานี้ น้ำยาหล่อเย็นของเครื่องยนต์จะถูกส่งกลับไปยังเครื่องยนต์โดยปั๊มน้ำ และการไหลเวียนเล็กน้อยในเครื่องยนต์จะดำเนินการเพื่อให้เครื่องยนต์อุ่นขึ้นอย่างรวดเร็ว เมื่ออุณหภูมิเกินปกติ สามารถเปิดได้ เพื่อให้น้ำยาหล่อเย็นไหลเวียนผ่านวงจรหม้อน้ำทั้งถัง เพื่อระบายความร้อนได้อย่างรวดเร็ว
