תרמוסטט הוא סוג של מכשיר ויסות טמפרטורה אוטומטי, בדרך כלל המכיל רכיב לחישת טמפרטורה, על ידי התרחבות או התכווצות כדי להפעיל ולכבות את זרימת נוזל הקירור, כלומר, כוונון אוטומטי של המים לרדיאטור בהתאם לטמפרטורת נוזל הקירור, שנה את טווחי הדם של נוזל הקירור, כדי להתאים את יכולת ההפצה של מערכת הקירור.
התרמוסטט הראשי של המנוע הוא תרמוסטט מסוג שעווה, הנשלט על ידי הפרפין בפנים דרך העיקרון של התרחבות תרמית והתכווצות קרה כדי לשלוט במחזור נוזל הקירור. כאשר טמפרטורת הקירור נמוכה מהערך שצוין, הפרפין המעודן בגוף החישה בטמפרטורת התרמוסטט הוא מוצק, שסתום התרמוסטט תחת פעולת המעיין כדי לסגור את התעלה בין המנוע לרדיאטור, נוזל הקירור דרך משאבת המים כדי לחזור למנוע, המחזור הקטן של המנוע. כאשר הטמפרטורה של נוזל הקירור מגיעה לערך שצוין, הפרפין מתחיל להתמוסס והופך בהדרגה לנוזל, והנפח עולה ולוחץ על צינור הגומי כדי להתכווץ. במקביל, צינור הגומי מתכווץ ומפעיל דחף כלפי מעלה על מוט הדחיפה. למוט הדחיפה דחף כלפי מטה על השסתום כדי לגרום לשסתום לפתוח. בשלב זה, נוזל הקירור זורם דרך הרדיאטור ושסתום התרמוסטט, ואז זורם חזרה למנוע דרך משאבת המים לצורך זרימה גדולה. מרבית התרמוסטט מסודר בצינור יציאת המים של ראש הצילינדר, שיש לו את היתרון של מבנה פשוט וקל לשחרר את הבועות במערכת הקירור; החיסרון הוא שהתרמוסטט נפתח ונסגר לעתים קרובות בעת פועל, ומייצר תופעת תנודה.
כאשר טמפרטורת ההפעלה של המנוע נמוכה (מתחת ל 70 מעלות צלזיוס), התרמוסטט סוגר אוטומטית את המסלול המוביל לרדיאטור, ופותח את המסלול המוביל למשאבת המים. מי הקירור הזורמים מז'קט המים נכנסים למשאבת המים ישירות דרך הצינור, ונשלחים אל מעיל המים על ידי משאבת המים לצורך זרימת הדם. מכיוון שמי הקירור אינם מתפוגגים על ידי הרדיאטור, ניתן להגדיל במהירות את טמפרטורת העבודה של המנוע. כאשר טמפרטורת העבודה של המנוע גבוהה (מעל 80 מעלות צלזיוס), התרמוסטט סוגר אוטומטית את הנתיב המוביל למשאבת המים, ופותח את הנתיב המוביל לרדיאטור. מי הקירור הזורמים מז'קט המים מקוררים על ידי הרדיאטור ואז נשלחים למקטורן המים על ידי משאבת המים, מה שמשפר את עוצמת הקירור ומונע את התחממות יתר של המנוע. מסלול מחזור זה נקרא המחזור הגדול. כאשר טמפרטורת ההפעלה של המנוע היא בין 70 מעלות צלזיוס ל- 80 מעלות צלזיוס, קיימים מחזורים גדולים וקטנים בו זמנית, כלומר חלק ממי הקירור למחזור גדול, והחלק האחר של מי הקירור למחזור קטן.
תפקוד התרמוסטט של המכונית הוא לסגור את המכונית לפני שהטמפרטורה לא הגיעה לטמפרטורה הרגילה. בשלב זה נוזל הקירור של המנוע מוחזר למנוע על ידי משאבת המים, והמחזור הקטן במנוע מתבצע כדי לגרום למנוע להתחמם במהירות. כאשר הטמפרטורה חורגת מהנורמלי ניתן לפתוח, כך שנוזל הקירור דרך כל לולאת רדיאטור הטנקים למחזור גדול, כדי לחמם במהירות את הפיזור.
