หลักการทำงานของเทอร์โมมิเตอร์หม้อน้ำคือการใช้ไบเมทัลร้อนแบบเกลียวเป็นอุปกรณ์ตรวจจับอุณหภูมิและติดตั้งไว้ในฝาครอบป้องกัน ปลายด้านหนึ่งเป็นแบบยึดแน่น เรียกว่า ปลายคงที่ และปลายอีกด้านหนึ่งเชื่อมต่อกับเพลาบาง เรียกว่า ปลายอิสระ มีตัวชี้บนแกนม้วนปลายอิสระ เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง ปลายอิสระของอุปกรณ์ตรวจจับอุณหภูมิจะหมุน ทำให้ตัวชี้บนเพลาบางเกิดการเปลี่ยนแปลงมุม จึงระบุอุณหภูมิที่สอดคล้องกันบนหน้าปัด

การเทอร์โมมิเตอร์หม้อน้ำส่วนใหญ่ใช้เพื่อทดสอบอุณหภูมิของน้ำที่ไหลออกและอุณหภูมิของน้ำที่ไหลกลับ เพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถใช้งานหม้อไอน้ำตามอุณหภูมิและควบคุมแหล่งจ่ายน้ำให้เป็นไปตามข้อกำหนด เทอร์โมมิเตอร์ประเภทนี้มักติดตั้งไว้ที่ทางออกของหม้อไอน้ำ ตัวแยกน้ำและตัวรวบรวมน้ำของระบบหม้อไอน้ำร้อน และบนท่อส่งน้ำหลัก

เทอร์โมมิเตอร์หม้อน้ำส่วนใหญ่ติดตั้งบนอุปกรณ์หรือท่อผ่านน็อตหรือหน้าแปลน อุณหภูมิของตัวกลางวัดได้จากท่อตรวจจับอุณหภูมิ ดังนั้น จึงต้องพิจารณาความยาวของหน้าแปลนเมื่อคำนวณความลึกในการสอด

สุดท้ายนี้เทอร์โมมิเตอร์หม้อน้ำควรทำความสะอาดและตรวจสอบเป็นประจำเพื่อป้องกันสิ่งเจือปน เช่น ตะกรัน ไม่ให้ส่งผลกระทบต่อค่าที่วัดได้