الترموستات الميكانيكي يعتمد في عمله على مبدأ التمدد والانكماش للمواد عند تغيير درجات الحرارة. أحد أشهر العناصر التي تستخدم في الترموستات الميكانيكية هو اللوحة المعدنية المزدوجة (التي تُسمى بالثنائي المعدني)، وهي تتكون من معدنين مختلفين في خصائص التمدد الحراري. عندما يتم تسخين الترموستات أو تبريده، فإن المعدنين في اللوحة المزدوجة يسببان انحناء اللوحة بناءً على اختلاف المعدلات الحرارية لهما. هذا الانحناء يُحرك جزءًا ميكانيكيًا داخليًا يُغلق أو يفتح دائرة كهربائية.