Termostat to rodzaj automatycznego urządzenia regulującego temperaturę, zwykle zawierającego element mierzący temperaturę, który poprzez rozszerzanie się lub kurczenie włącza i wyłącza przepływ cieczy chłodzącej, czyli automatycznie reguluje ilość wody w chłodnicy zgodnie z temperaturą cieczy chłodzącej, zmienia zakres cyrkulacji cieczy chłodzącej, aby regulować wydajność rozpraszania ciepła układu chłodzenia.
Główny termostat silnika jest termostatem typu woskowego, który jest kontrolowany przez parafinę wewnątrz, wykorzystując zasadę rozszerzalności cieplnej i kurczenia na zimno, aby kontrolować cyrkulację płynu chłodzącego. Gdy temperatura chłodzenia jest niższa od określonej wartości, rafinowana parafina w czujniku temperatury termostatu staje się stała. Zawór termostatu pod działaniem sprężyny zamyka kanał między silnikiem a chłodnicą. Płyn chłodzący przez pompę wodną powraca do silnika, rozpoczynając mały cykl pracy silnika. Gdy temperatura płynu chłodzącego osiągnie określoną wartość, parafina zaczyna się topić i stopniowo staje się płynna, a jej objętość wzrasta i naciska na gumową rurkę, powodując jej kurczenie. Jednocześnie gumowa rurka kurczy się i wywiera nacisk w górę na popychacz. Popychacz wywiera nacisk w dół na zawór, otwierając zawór. W tym momencie płyn chłodzący przepływa przez chłodnicę i zawór termostatu, a następnie wraca do silnika przez pompę wodną, zapewniając dużą cyrkulację. Większość termostatów umieszczona jest w rurze wylotowej wody głowicy cylindra, co ma zaletę prostej konstrukcji i łatwego odprowadzania pęcherzyków powietrza z układu chłodzenia. Wadą jest to, że termostat często otwiera się i zamyka podczas pracy, powodując zjawisko oscylacji.
Gdy temperatura robocza silnika jest niska (poniżej 70°C), termostat automatycznie zamyka drogę do chłodnicy i otwiera drogę do pompy wody. Woda chłodząca wypływająca z płaszcza wodnego wpływa bezpośrednio do pompy wody wężem i jest kierowana do płaszcza wody przez pompę wody w celu cyrkulacji. Ponieważ woda chłodząca nie rozprasza się w chłodnicy, temperatura robocza silnika może gwałtownie wzrosnąć. Gdy temperatura robocza silnika jest wysoka (powyżej 80°C), termostat automatycznie zamyka drogę do pompy wody i otwiera drogę do chłodnicy. Woda chłodząca wypływająca z płaszcza wodnego jest chłodzona przez chłodnicę, a następnie kierowana do płaszcza wody przez pompę wody, co poprawia intensywność chłodzenia i zapobiega przegrzaniu silnika. Ten cykl obiegu nazywany jest dużym obiegiem. Gdy temperatura robocza silnika wynosi od 70°C do 80°C, jednocześnie zachodzą duże i małe cykle, tzn. część wody chłodzącej przypada na duży cykl, a druga część na mały cykl.
Zadaniem termostatu samochodowego jest zamknięcie dopływu powietrza do silnika, zanim temperatura osiągnie normalny poziom. W tym momencie płyn chłodzący z silnika jest zawracany do silnika przez pompę wody, a w silniku odbywa się niewielki obieg, który szybko się nagrzewa. Gdy temperatura przekroczy normalny poziom, termostat może zostać otwarty, co zapewnia duży obieg płynu chłodzącego w całym zbiorniku chłodnicy, co pozwala na szybkie odprowadzenie ciepła.
