热继电器的工作原理是：
由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。
热元件共有两块，是热继电器的主要部分，它是由双金属片1、2及围绕的双金属片外面的电阻丝组成。双金属片是由两种热膨胀系数不同的金属片焊合而成。使用时将电阻丝直接串接在异步电动机的两相电路上。常闭触头8与9接于电动机控制电路的接触器线圈支路上。当电动机绕组因过载引起过电流时，并经一定时间后，发热元件所产生的热量足使双金属片1和2弯曲，并推动导板5向右移动一定距离，导板5又推动温度补偿片6与杠杆7，使动触头8与静触头9分开，从而使电动机线路接触器断电释放，将电源切除起到保护作用。电源切断后，热继电器开始冷却，过一段时间双金属恢复原状，于是触头8在弹簧13的使用下，自动复位与触头9闭合。
这种热继电器也可用手动复位。这时只要将螺钉10拧出到一定位置，使触头8的转动超过一定角度，在此情况下，即使双金属片冷却，触头8也不能自动复位，必须采用手动。即按下复位按纽11使触头8变位，这在某种要求故障未被排除而防止电动机再行起动的场合是必须的。
