Termostat, genellikle bir sıcaklık algılama bileşeni içeren, genleşip büzülerek soğutma sıvısının akışını açıp kapatan, yani soğutma sıvısının sıcaklığına göre radyatöre giren su miktarını otomatik olarak ayarlayan, soğutma sıvısının dolaşım aralığını değiştiren ve böylece soğutma sisteminin ısı dağıtım kapasitesini düzenleyen bir tür otomatik sıcaklık düzenleme cihazıdır.
Ana motor termostatı, içindeki parafinin termal genleşme ve soğuk büzülme prensibiyle soğutma sıvısının dolaşımını kontrol eden mum tipi bir termostattır. Soğutma sıcaklığı belirtilen değerin altına düştüğünde, termostat sıcaklık algılama gövdesindeki rafine parafin katılaşır, termostat valfi yay etkisiyle motor ile radyatör arasındaki kanalı kapatır ve soğutma sıvısı su pompası aracılığıyla motora geri döner, motor küçük bir devirdaim yapar. Soğutma sıvısının sıcaklığı belirtilen değere ulaştığında, parafin erimeye başlar ve yavaş yavaş sıvı hale gelir, hacmi artar ve kauçuk boruyu sıkıştırarak büzülmesine neden olur. Aynı zamanda, kauçuk boru büzülür ve itme çubuğuna yukarı doğru bir itme uygular. İtme çubuğu valfe aşağı doğru bir itme uygulayarak valfin açılmasını sağlar. Bu sırada, soğutma sıvısı radyatör ve termostat valfinden geçer ve daha sonra su pompası aracılığıyla büyük bir devirdaim için motora geri döner. Termostatların çoğu, silindir kapağının su çıkış borusuna yerleştirilir; bu da basit yapı ve soğutma sistemindeki kabarcıkların kolayca boşaltılması avantajına sahiptir. Dezavantajı ise termostatın çalışırken sık sık açılıp kapanması ve salınım olayına neden olmasıdır.
Motor çalışma sıcaklığı düşük olduğunda (70°C'nin altında), termostat otomatik olarak radyatöre giden yolu kapatır ve su pompasına giden yolu açar. Su ceketinden çıkan soğutma suyu hortum aracılığıyla doğrudan su pompasına girer ve su pompası tarafından dolaşım için su ceketine gönderilir. Soğutma suyu radyatör tarafından buharlaşmadığı için motorun çalışma sıcaklığı hızla artırılabilir. Motor çalışma sıcaklığı yüksek olduğunda (80°C'nin üzerinde), termostat otomatik olarak su pompasına giden yolu kapatır ve radyatöre giden yolu açar. Su ceketinden çıkan soğutma suyu radyatör tarafından soğutulur ve ardından su pompası tarafından su ceketine gönderilir, bu da soğutma yoğunluğunu artırır ve motorun aşırı ısınmasını önler. Bu çevrim yoluna büyük çevrim denir. Motor çalışma sıcaklığı 70°C ile 80°C arasında olduğunda, büyük ve küçük çevrimler aynı anda mevcuttur, yani soğutma suyunun bir kısmı büyük çevrim için, diğer kısmı ise küçük çevrim için kullanılır.
Otomobil termostatının işlevi, sıcaklık normal seviyeye ulaşmadan önce aracı kapatmaktır. Bu sırada, motorun soğutma sıvısı su pompası tarafından motora geri döndürülür ve motorda küçük bir sirkülasyon gerçekleştirilerek motorun hızlı bir şekilde ısınması sağlanır. Sıcaklık normal seviyeyi aştığında ise açılır ve soğutma sıvısı tüm radyatör devresinde büyük bir sirkülasyonla dolaşarak ısıyı hızla dağıtır.
