Биметаллический термометр состоит из круглого корпуса (в нём находятся циферблат и кинематический механизм со стрелкой), и термобаллона (биметаллического термочувствительного элемента в защитной трубке).

В основе принципа действия лежит упругая деформация (под воздействием температуры) двух соединённых металлических пластин с разными температурными коэффициентами линейного расширения. Результатом деформации является её преобразование (посредством кинематического узла) во вращательное движение стрелки, показывающей значение температуры на шкале термометра.