Termostat je druh automatického zařízení pro regulaci teploty, obvykle obsahující teplotní senzor, který se roztahováním nebo smršťováním zapíná a vypíná tok chladicí kapaliny, tj. automaticky upravuje množství vody v chladiči podle teploty chladicí kapaliny, mění rozsah cirkulace chladicí kapaliny a upravuje kapacitu odvodu tepla chladicího systému.
Hlavní termostat motoru je voskový termostat, který je řízen parafínem uvnitř na principu tepelné roztažnosti a smršťování za studena, čímž se reguluje cirkulace chladicí kapaliny. Když je chladicí teplota nižší než stanovená hodnota, rafinovaný parafín v tělese termostatu ztuhne, ventil termostatu působením pružiny uzavře kanál mezi motorem a chladičem a chladicí kapalina se přes vodní čerpadlo vrací do motoru, čímž se motor spustí malý cyklus. Když teplota chladicí kapaliny dosáhne stanovené hodnoty, parafín se začne tavit a postupně se stává kapalinou. Jeho objem se zvětšuje a tlačí na gumovou trubici, čímž se smršťuje. Současně se gumová trubice smršťuje a vyvíjí tlak nahoru na tlačnou tyč. Tlačná tyč vyvíjí tlak dolů na ventil, čímž se ventil otevře. V tomto okamžiku chladicí kapalina proudí chladičem a termostatickým ventilem a poté se přes vodní čerpadlo vrací do motoru, čímž dochází k velké cirkulaci. Většina termostatu je umístěna ve výstupním potrubí vody z hlavy válců, což má výhodu jednoduché konstrukce a snadného odstraňování bublin z chladicího systému. Nevýhodou je, že termostat se během provozu často otevírá a zavírá, což způsobuje kmitání.
Pokud je provozní teplota motoru nízká (pod 70 °C), termostat automaticky uzavře cestu vedoucí k chladiči a otevře cestu vedoucí k vodnímu čerpadlu. Chladicí voda vytékající z vodního pláště vstupuje přímo do vodního čerpadla hadicí a je vodním čerpadlem přiváděna do vodního pláště k cirkulaci. Protože chladicí voda není rozptýlena chladičem, může se provozní teplota motoru rychle zvýšit. Pokud je provozní teplota motoru vysoká (nad 80 °C), termostat automaticky uzavře cestu vedoucí k vodnímu čerpadlu a otevře cestu vedoucí k chladiči. Chladicí voda vytékající z vodního pláště je ochlazována chladičem a poté je vodním čerpadlem přiváděna do vodního pláště, což zlepšuje intenzitu chlazení a zabraňuje přehřátí motoru. Tato cesta cyklu se nazývá velký cyklus. Pokud je provozní teplota motoru mezi 70 °C a 80 °C, probíhají současně velký a malý cyklus, tj. část chladicí vody pro velký cyklus a druhá část chladicí vody pro malý cyklus.
Funkcí termostatu v automobilu je zavřít vůz dříve, než teplota nedosáhne normální teploty. V tomto okamžiku se chladicí kapalina z motoru vrací zpět do motoru vodním čerpadlem a provádí se malá cirkulace v motoru, aby se motor rychle zahřál. Když teplota překročí normální teplotu, lze jej otevřít, aby chladicí kapalina proudila celou nádrží chladiče a zajistila velkou cirkulaci, čímž se teplo rychle odvádí.
