A termosztát egyfajta automatikus hőmérsékletszabályozó eszköz, amely általában hőmérséklet-érzékelő komponenst tartalmaz, és a hűtőfolyadék áramlását a tágulás vagy zsugorodás révén be- és kikapcsolja, azaz a hűtőfolyadék hőmérsékletének megfelelően automatikusan beállítja a hűtőbe jutó vizet, megváltoztatja a hűtőfolyadék keringési tartományát, és beállítja a hűtőrendszer hőelvezetési kapacitását.
A fő motor termosztátja egy viasz típusú termosztát, amelyet a benne lévő paraffin vezérel a hőtágulás és a hideg-összehúzódás elve alapján, hogy szabályozza a hűtőfolyadék keringését. Amikor a hűtési hőmérséklet alacsonyabb a megadott értéknél, a termosztát hőmérséklet-érzékelő testében lévő finomított paraffin megszilárdul, a termosztát szelep rugó hatására lezárja a motor és a hűtő közötti csatornát, a hűtőfolyadék a vízszivattyún keresztül visszatér a motorba, és a motor kis körforgásba kerül. Amikor a hűtőfolyadék hőmérséklete eléri a megadott értéket, a paraffin olvadni kezd, és fokozatosan folyékony halmazállapotúvá válik, térfogata megnő, és a gumicső összehúzódik. Ezzel egyidejűleg a gumicső összehúzódik, és felfelé irányuló nyomást gyakorol a tolórúdra. A tolórúd lefelé irányuló nyomást gyakorol a szelepre, hogy a szelep kinyíljon. Ekkor a hűtőfolyadék átáramlik a hűtőn és a termosztát szelepen, majd a vízszivattyún keresztül visszaáramlik a motorba a nagy keringés érdekében. A termosztát nagy része a hengerfej vízkivezető csövében található, aminek az az előnye, hogy egyszerű a szerkezete, és könnyen eltávolíthatók a buborékok a hűtőrendszerben. A hátránya, hogy a termosztát működés közben gyakran kinyílik és bezárul, ami oszcillációs jelenséget okoz.
Amikor a motor üzemi hőmérséklete alacsony (70°C alatt), a termosztát automatikusan lezárja a hűtőhöz vezető utat, és megnyitja a vízszivattyúhoz vezető utat. A vízköpenyből kiáramló hűtővíz a tömlőn keresztül közvetlenül a vízszivattyúba jut, és a vízszivattyú a vízköpenybe juttatja keringtetés céljából. Mivel a hűtővíz nem oszlik el a hűtőn keresztül, a motor üzemi hőmérséklete gyorsan megemelkedhet. Amikor a motor üzemi hőmérséklete magas (80°C felett), a termosztát automatikusan lezárja a vízszivattyúhoz vezető utat, és megnyitja a hűtőhöz vezető utat. A vízköpenyből kiáramló hűtővizet a hűtő lehűti, majd a vízszivattyú a vízköpenybe juttatja, ami javítja a hűtés intenzitását és megakadályozza a motor túlmelegedését. Ezt a ciklusutat nagy ciklusnak nevezik. Amikor a motor üzemi hőmérséklete 70°C és 80°C között van, egyszerre létezik nagy és kis ciklus, azaz a hűtővíz egy része a nagy ciklushoz, a hűtővíz másik része pedig a kis ciklushoz tartozik.
Az autó termosztátjának feladata, hogy lezárja az autót, mielőtt a hőmérséklet elérné a normál értéket. Ekkor a motor hűtőfolyadékát a vízszivattyú visszajuttatja a motorba, és kis keringetést hoz létre a motorban, hogy a motor gyorsan felmelegedjen. Amikor a hőmérséklet meghaladja a normál értéket, kinyitható a szelep, hogy a hűtőfolyadék a tartály teljes hűtőhurkán keresztül nagy keringést biztosítson, és gyorsan hőelvezetést biztosítson.
