Принципът на работа на биметалните термометри е прост: работят чрез биметална пластина, състояща се от две тънки ленти, изработени от различни метали.

Тези ленти в биметалните термометри са заварени в единия си край една за друга. Това свързване на двата метала е направено така, че те да нямат относително движение помежду си.

При биметалните термометри термалното разширение на металите е в пряка пропорционалност с температурата.

Тъй като биметалната лента на термометрите е изградена от различни метали, дължината на едната лента се изменя в различна степен спрямо другата лента.

Когато температурата, се качва, биметалната лента се огъва към този метал, който е с по-нисък температурен коефициент и биметалният термометър показва намалението й.

Когато температурата пада, металната лента се огъва към метала с по-високо температурен коефициент и биметалният термометър отчита тези движения на температурата в аналогов вид на циферблат.

Линейното изменение на биметалната лента е сравнително малко. За да се отчете по-точно стойността на температурата, при биметалните термометри тази лента е под формата на спирала за да се постигне по-малък размер на термометъра.