Cada una de las aleaciones metálicas se dilata o contrae en distinto grado para cada nivel de temperatura. Esto produce que la tira bimetálica en forma de hélice se enrolle o desenrolle ante variaciones de temperatura. La tira al enrollarse se acorta y al desenrollarse se alarga, ese movimiento lineal se transforma en movimiento giratorio en la aguja indicadora. En caso de necesitar uno para altas temperaturas, lo mejor es usar un pirómetro.

En resumen, para funcionar, un termómetro bimetálico aprovecha la diferencia en los coeficientes de expansión térmica de tiras de metal unidas que al variar la temperatura se deforman provocando el movimiento de una aguja que se mide contra una escala.