雙金屬溫度計基于固體受熱膨脹原理制成。測量溫度時通常是把兩片膨脹系數差異相對很大的金屬片疊焊在一起，構成雙金屬感溫元件。當溫度變化時，因雙金屬片的兩種不同材料的線膨脹系數差異相對很大而產生不同的膨脹和收縮，導致雙金屬片產生彎曲變形。根據不同的變形量而產生不同的轉動量，轉動的量帶動連接的轉軸，轉軸帶動另一端的指針，這樣指示指針就可以只在正確的讀數上，指示出了溫度。

雙金屬溫度計原理圖一（雙金屬片受熱原理圖）

根據雙金屬溫度計原理，雙金屬溫度計的感溫元件根據其形狀可以分為有平面螺旋型和直線螺旋形兩種。

雙金屬溫度計的原理決定了其抗震性好，讀數方便，可廣泛應用于各種工業生產和設備中。而選擇什么樣的感溫元件其實取決于溫度計的溫度范圍。