Secara keseluruhan, fungsi termostat adalah untuk menjaga mesin agar tidak mengalami pendinginan berlebih. Misalnya, setelah mesin bekerja normal, jika tidak ada termostat saat berkendara di musim dingin, suhu mesin mungkin terlalu rendah. Pada saat ini, mesin perlu menghentikan sementara sirkulasi air untuk memastikan suhu mesin tidak terlalu rendah.
Termostat utama yang digunakan adalah termostat jenis lilin. Ketika suhu pendinginan lebih rendah dari nilai yang ditentukan, lilin parafin yang dimurnikan di badan penginderaan suhu termostat menjadi padat, dan katup termostat menutup celah antara mesin dan radiator di bawah aksi pegas. Cairan pendingin kembali ke mesin melalui pompa air untuk melakukan siklus kecil di dalam mesin. Ketika suhu cairan pendingin mencapai nilai yang ditentukan, lilin parafin mulai meleleh dan berangsur-angsur menjadi cair, dan volumenya meningkat dan menekan tabung karet hingga menyusut. Ketika tabung karet menyusut, gaya dorong ke atas diterapkan pada batang dorong, dan batang dorong memiliki gaya dorong terbalik ke bawah ke katup untuk membuka katup. Pada saat ini, cairan pendingin melewati radiator dan katup termostat, lalu mengalir kembali ke mesin melalui pompa air dalam siklus besar. Sebagian besar termostat disusun dalam pipa saluran keluar air di kepala silinder. Keuntungannya adalah strukturnya sederhana dan mudah untuk menghilangkan gelembung udara di sistem pendingin; kekurangannya adalah termostat sering dibuka dan ditutup selama bekerja sehingga mengakibatkan osilasi.
