גלאי טמפרטורה פועלים באופן עצמאי ואינם תלויים באספקת חשמל חיצונית. תהליך זיהוי הטמפרטורה מתבצע באמצעות דיסקת בימטאל (bimetal disc), שהיא רכיב מתכתי המורכב משתי שכבות של מתכות שונות המתרחבות בקצבים שונים בתגובה לשינויים בטמפרטורה. הדיסקה מתוכננת ומותאמת לטמפרטורת הניתוק הנדרשת במערכת.
כאשר הטמפרטורה מגיעה לערך שנקבע מראש כטמפרטורת הניתוק, הדיסקה משנה את צורתה באופן פתאומי, ובכך היא מפעילה את המנגנון החשמלי של הגלאי. כתוצאה מכך:
-
בגלאי מסוג P, המנגנון פותח את המעגל החשמלי ומפסיק את זרימת החשמל.
-
בגלאי מסוג O, המנגנון סוגר את המעגל החשמלי ומאפשר את זרימת החשמל.