Il termostato è un tipo di dispositivo automatico di regolazione della temperatura, che solitamente contiene un componente sensore di temperatura. Dilatandosi o contraendosi, regola automaticamente il flusso del liquido di raffreddamento, modificando la quantità di acqua che entra nel radiatore in base alla temperatura del liquido stesso, variando così l'intervallo di circolazione del liquido e regolando di conseguenza la capacità di dissipazione del calore del sistema di raffreddamento.
Il termostato principale del motore è di tipo a cera, controllato dalla paraffina al suo interno tramite il principio di dilatazione termica e contrazione a freddo per regolare la circolazione del liquido di raffreddamento. Quando la temperatura di raffreddamento è inferiore al valore specificato, la paraffina raffinata nel corpo del sensore di temperatura del termostato si solidifica, la valvola del termostato, sotto l'azione di una molla, chiude il canale tra il motore e il radiatore, il liquido di raffreddamento ritorna al motore attraverso la pompa dell'acqua, avviando un ciclo a ciclo ridotto. Quando la temperatura del liquido di raffreddamento raggiunge il valore specificato, la paraffina inizia a fondere e gradualmente si liquefa, aumentando di volume e comprimendo il tubo di gomma, provocandone la contrazione. Allo stesso tempo, il tubo di gomma si contrae ed esercita una spinta verso l'alto sull'asta di spinta. L'asta di spinta esercita una spinta verso il basso sulla valvola, aprendola. A questo punto, il liquido di raffreddamento fluisce attraverso il radiatore e la valvola del termostato, per poi ritornare al motore attraverso la pompa dell'acqua e avviare la circolazione generale. La maggior parte dei termostati è posizionata nel tubo di uscita dell'acqua della testata del cilindro, il che presenta il vantaggio di una struttura semplice e di una facile evacuazione delle bolle d'aria nel sistema di raffreddamento. Lo svantaggio è che il termostato si apre e si chiude spesso durante il funzionamento, producendo un fenomeno di oscillazione.
Quando la temperatura di esercizio del motore è bassa (inferiore a 70 °C), il termostato chiude automaticamente il condotto che porta al radiatore e apre quello che porta alla pompa dell'acqua. L'acqua di raffreddamento che fuoriesce dalla camicia d'acqua entra direttamente nella pompa dell'acqua attraverso il tubo e viene inviata alla camicia d'acqua dalla pompa per la circolazione. Poiché l'acqua di raffreddamento non viene dissipata dal radiatore, la temperatura di esercizio del motore può essere aumentata rapidamente. Quando la temperatura di esercizio del motore è alta (superiore a 80 °C), il termostato chiude automaticamente il condotto che porta alla pompa dell'acqua e apre quello che porta al radiatore. L'acqua di raffreddamento che fuoriesce dalla camicia d'acqua viene raffreddata dal radiatore e quindi inviata alla camicia d'acqua dalla pompa, migliorando l'efficacia del raffreddamento e prevenendo il surriscaldamento del motore. Questo ciclo è chiamato ciclo principale. Quando la temperatura di esercizio del motore è compresa tra 70 °C e 80 °C, i cicli principale e secondario coesistono, ovvero una parte dell'acqua di raffreddamento viene utilizzata per il ciclo principale e l'altra per il ciclo secondario.
La funzione del termostato dell'auto è quella di chiuderlo prima che la temperatura raggiunga il valore normale. In questo momento, il liquido di raffreddamento del motore viene ricircolato nel motore dalla pompa dell'acqua, creando una piccola circolazione che permette al motore di riscaldarsi rapidamente. Quando la temperatura supera il valore normale, il termostato si apre, consentendo al liquido di raffreddamento di circolare ampiamente attraverso l'intero circuito del radiatore, dissipando così rapidamente il calore.
