โดยรวมแล้ว หน้าที่ของเทอร์โมสตัทคือการป้องกันไม่ให้เครื่องยนต์เย็นเกินไป เช่น หลังจากที่เครื่องยนต์ทำงานได้ตามปกติ หากไม่มีเทอร์โมสตัท เมื่อขับรถในฤดูหนาว อุณหภูมิของเครื่องยนต์ก็อาจต่ำเกินไป ขณะนี้เครื่องยนต์จำเป็นต้องหยุดการไหลเวียนของน้ำชั่วคราวเพื่อให้แน่ใจว่าอุณหภูมิของเครื่องยนต์จะไม่ต่ำเกินไป
เทอร์โมสตัทหลักที่ใช้คือเทอร์โมสตัทชนิดขี้ผึ้ง เมื่ออุณหภูมิการทำความเย็นต่ำกว่าค่าที่ระบุ ขี้ผึ้งพาราฟินที่ผ่านการกลั่นในตัวตรวจจับอุณหภูมิของเทอร์โมสตัทจะเป็นของแข็ง และวาล์วเทอร์โมสตัทจะปิดช่องว่างระหว่างเครื่องยนต์และหม้อน้ำภายใต้การทำงานของสปริง สารหล่อเย็นจะกลับสู่เครื่องยนต์ผ่านทางปั๊มน้ำเพื่อดำเนินการรอบเล็กๆ ในเครื่องยนต์ เมื่ออุณหภูมิของของเหลวหล่อเย็นถึงค่าที่กำหนด ขี้ผึ้งพาราฟินจะเริ่มละลายและค่อยๆ กลายเป็นของเหลว และปริมาตรจะเพิ่มขึ้นตามลำดับและบีบอัดท่อยางเพื่อให้หดตัว เมื่อท่อยางหดตัว แรงขับขึ้นจะถูกนำไปใช้กับก้านกระทุ้ง และก้านกระทุ้งจะมีแรงขับถอยหลังลงด้านล่างไปที่วาล์วเพื่อเปิดวาล์ว ในเวลานี้ สารหล่อเย็นจะไหลผ่านหม้อน้ำและวาล์วเทอร์โมสตัท จากนั้นจะไหลกลับไปยังเครื่องยนต์ผ่านปั๊มน้ำเป็นรอบขนาดใหญ่ เทอร์โมสตัทส่วนใหญ่จัดอยู่ในท่อจ่ายน้ำของฝาสูบ ข้อดีคือโครงสร้างเรียบง่ายและขจัดฟองอากาศในระบบทำความเย็นได้ง่าย ข้อเสียคือเทอร์โมสตัทมักจะเปิดปิดระหว่างทำงานส่งผลให้เกิดการสั่น