O termostato é um tipo de dispositivo automático de regulação de temperatura, geralmente contendo um componente sensor de temperatura, que, ao expandir ou contrair, liga e desliga o fluxo do líquido de arrefecimento. Ou seja, ajusta automaticamente a quantidade de água que entra no radiador de acordo com a temperatura do líquido de arrefecimento, alterando a área de circulação do líquido e, consequentemente, ajustando a capacidade de dissipação de calor do sistema de arrefecimento.
O termostato principal do motor é do tipo cera, controlado pela parafina em seu interior através do princípio da expansão térmica e contração a frio para controlar a circulação do líquido de arrefecimento. Quando a temperatura de arrefecimento está abaixo do valor especificado, a parafina refinada no corpo sensor de temperatura do termostato solidifica, a válvula do termostato, sob a ação da mola, fecha o canal entre o motor e o radiador, permitindo que o líquido de arrefecimento retorne ao motor através da bomba d'água, iniciando um pequeno ciclo de funcionamento. Quando a temperatura do líquido de arrefecimento atinge o valor especificado, a parafina começa a derreter e gradualmente se torna líquida, aumentando de volume e pressionando o tubo de borracha, fazendo-o contrair. Ao mesmo tempo, o tubo de borracha contrai e exerce uma força ascendente sobre a haste de acionamento. A haste de acionamento exerce uma força descendente sobre a válvula, fazendo-a abrir. Nesse momento, o líquido de arrefecimento flui através do radiador e da válvula do termostato, retornando ao motor através da bomba d'água para uma grande circulação. A maioria dos termostatos é instalada no tubo de saída de água do cabeçote do cilindro, o que apresenta a vantagem de uma estrutura simples e facilita a eliminação de bolhas de ar no sistema de arrefecimento. A desvantagem é que o termostato abre e fecha com frequência durante o funcionamento, produzindo um fenômeno de oscilação.
Quando a temperatura de funcionamento do motor está baixa (abaixo de 70 °C), o termostato fecha automaticamente a passagem que leva ao radiador e abre a passagem que leva à bomba d'água. A água de arrefecimento que sai do sistema de arrefecimento entra diretamente na bomba d'água através da mangueira e é bombeada para o sistema de arrefecimento para circulação. Como a água de arrefecimento não é dissipada pelo radiador, a temperatura de funcionamento do motor pode aumentar rapidamente. Quando a temperatura de funcionamento do motor está alta (acima de 80 °C), o termostato fecha automaticamente a passagem que leva à bomba d'água e abre a passagem que leva ao radiador. A água de arrefecimento que sai do sistema de arrefecimento é resfriada pelo radiador e então bombeada para o sistema de arrefecimento pela bomba d'água, o que melhora a eficiência do arrefecimento e evita o superaquecimento do motor. Este ciclo é chamado de ciclo grande. Quando a temperatura de funcionamento do motor está entre 70 °C e 80 °C, os ciclos grande e pequeno ocorrem simultaneamente, ou seja, parte da água de arrefecimento é utilizada no ciclo grande e a outra parte no ciclo pequeno.
A função do termostato do carro é fechá-lo antes que a temperatura atinja o nível normal. Nesse momento, o líquido de arrefecimento do motor retorna ao motor pela bomba d'água, e uma pequena circulação é realizada para aquecer o motor rapidamente. Quando a temperatura ultrapassa o nível normal, ele pode ser aberto, permitindo que o líquido de arrefecimento circule por todo o radiador, dissipando o calor rapidamente.
