Termostat je nekakšna avtomatska naprava za uravnavanje temperature, ki običajno vsebuje komponento za zaznavanje temperature, ki s širjenjem ali krčenjem vklopi in izklopi pretok hladilne tekočine, torej samodejno prilagodi količino vode v radiatorju glede na temperaturo hladilne tekočine, spremeni območje kroženja hladilne tekočine in prilagodi zmogljivost odvajanja toplote hladilnega sistema.
Glavni termostat motorja je voskastega tipa, ki ga krmili notranji parafin na podlagi principa toplotnega raztezanja in hladnega krčenja, kar omogoča nadzor kroženja hladilne tekočine. Ko je temperatura hlajenja nižja od določene vrednosti, se prečiščeni parafin v termostatu strdi, termostatski ventil pa pod delovanjem vzmeti zapre kanal med motorjem in radiatorjem, hladilna tekočina pa se skozi vodno črpalko vrne v motor in motor se zažene v majhnem ciklu. Ko temperatura hladilne tekočine doseže določeno vrednost, se parafin začne topiti in postopoma postane tekočina, njegova prostornina pa se poveča in pritisne na gumijasto cev, da se skrči. Hkrati se gumijasta cev skrči in izvaja potisk navzgor na potisno palico. Potisna palica izvaja potisk navzdol na ventil, da se ventil odpre. V tem primeru hladilna tekočina teče skozi radiator in termostatski ventil ter se nato skozi vodno črpalko vrne v motor za veliko kroženje. Večina termostata je nameščena v izpustni cevi za vodo glave valja, kar ima prednost preproste konstrukcije in enostavnega sproščanja mehurčkov v hladilnem sistemu; Slabost je, da se termostat med delovanjem pogosto odpira in zapira, kar povzroča nihanje.
Ko je delovna temperatura motorja nizka (pod 70 °C), termostat samodejno zapre pot do radiatorja in odpre pot do vodne črpalke. Hladilna voda, ki teče iz vodnega plašča, vstopi neposredno v vodno črpalko skozi cev in jo vodna črpalka pošlje v vodni plašč za kroženje. Ker hladilna voda ne odteka skozi radiator, se lahko delovna temperatura motorja hitro poveča. Ko je delovna temperatura motorja visoka (nad 80 °C), termostat samodejno zapre pot do vodne črpalke in odpre pot do radiatorja. Hladilna voda, ki teče iz vodnega plašča, se ohladi v radiatorju in jo nato vodna črpalka pošlje v vodni plašč, kar izboljša intenzivnost hlajenja in prepreči pregrevanje motorja. Ta cikel se imenuje veliki cikel. Ko je delovna temperatura motorja med 70 °C in 80 °C, obstajata veliki in mali cikel hkrati, torej del hladilne vode za veliki cikel in drugi del hladilne vode za mali cikel.
Funkcija avtomobilskega termostata je, da zapre avto, preden temperatura ne doseže normalne temperature. V tem času se hladilna tekočina iz motorja s pomočjo vodne črpalke vrne nazaj v motor, kar omogoča majhen pretok zraka v motorju, da se motor hitro segreje. Ko temperatura preseže normalno temperaturo, se lahko termostat odpre, tako da hladilna tekočina steče skozi celotno zanko hladilnika rezervoarja za velik pretok zraka, kar omogoča hitro odvajanje toplote.
