雙金屬溫度計的感溫元件是由兩層線膨脹系數不同的,金屬片疊焊在一起制成的,線膨脹系數大的金屬片稱為主動層,另一片則稱為被動層,元件的一端固定,另一端為自由端,當被測溫度變化時,由于兩層金屬片的線膨脹系數不同,自由端就會受組合力矩而變曲(或叫變形),其變曲率與組成雙金屬片的材料的物理性能,長度為每層的厚度,溫度有關,而與寬度無關.當溫度設計成后,雙金屬片的材料和幾何尺寸確定,所以變曲率只與溫度有關,如果在自由端配備上傳動機構,指針和以溫度標示的刻度盤,這樣就可以直接顯示出溫度的示值。

　　因為溫度計的采用的是金屬材料，所以就會有一定的限制。金屬的熱膨脹系數只有在中低溫時可以近似的認為是常數，到了高溫，金屬的熱膨脹系數將不會維持在常數了，這時用以金屬熱脹冷縮原理制成的雙金屬溫度計測出的溫度是不準確的。