熱繼電器的工作原理是電流入熱元件的電流產生熱量，使有不同膨脹系數的雙金屬片發生形變，當形變達到一定距離時，就推動連桿動作，使控制電路斷開，從而使接觸器失電，主電路斷開，實現電動機的過載保護。
熱繼電器作為電動機的過載保護元件，以其體積小，結構簡單、成本低等優點在生產中得到了廣泛應用。
使用熱繼電器對電動機進行過載保護時，將熱元件與電動機的定子繞組串聯，將熱繼電器的常閉觸頭串聯在交流接觸器的電磁線圈的控制電路中，并調節整定電流調節旋鈕，使人字形撥桿與推桿相距一適當距離。當電動機正常工作時，通過熱元件的電流即為電動機的額定電流，熱元件發熱，雙金屬片受熱后彎曲，使推桿剛好與人字形撥桿接觸，而又不能推動人字形撥桿。常閉觸頭處于閉合狀態，交流接觸器保持吸合，電動機正常運行。
