雙金屬溫度計是用繞成螺紋旋形的熱雙金屬片作感溫元件，并將它裝在保護套內(nèi)，一端固定（固定端），另一端（自由端）連接在一根細軸上，軸端裝有指針。當溫度發(fā)生變化時，感溫元件的自由端隨即轉(zhuǎn)動，從而細軸帶動指針產(chǎn)生角位移，在標度盤上指示出溫度的變化；直型表則通過轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)帶動指針。由于感溫元件與溫度變化呈線性關(guān)系，所以雙金屬溫度計指針所指示的位置即是被測溫度值。表殼材料有鋼板、鑄合金、不銹鋼板；檢測元件還具有抽芯式結(jié)構(gòu)；可調(diào)角型溫度計的表頭部分借助于波紋管，轉(zhuǎn)角機構(gòu)等零件，可以由角型到直型或從直型到角型任意角度轉(zhuǎn)變。
電接點雙金屬溫度計則在結(jié)構(gòu)上增添了電接觸組、調(diào)節(jié)裝置和出線盒等部件。在溫度變化時，當與預(yù)先設(shè)定的控溫定觸點（上限與下限）相接觸或斷開的瞬間，使控制線路中的繼電器或接觸器動作，雙金屬溫度計從而實現(xiàn)自動控溫或報警的功能。
雙金屬溫度計是利用兩種不同金屬在溫度改變時膨脹程度不同的原理工作的。工業(yè)用雙金屬溫度計主要的元件是一個用兩種或多種金屬片疊壓在一起組成的多層金屬片。為提高測溫靈敏度，通常將金屬片制成螺旋卷形狀。當多層金屬片的溫度改變時，各層金屬膨脹或收縮量不等，使得螺旋卷卷起或松開。由于螺旋卷的一端固定而另一端和一可以自由轉(zhuǎn)動的指針相連，因此，當雙金屬片感受到溫度變化時，指針即可在一圓形分度標尺上指示出溫度來。這種雙金屬溫度計儀表的測溫范圍是200~650℃，允許誤差均為標尺兩程的1%左右。這種溫度計和棒狀的玻璃液體溫度計的用途相似，但可使用在機械強度要求更高的條件下。