利用兩種不同金屬在溫度改變時膨脹程度不同的原理工作的。主要的元件是一個用兩種或多種金屬片疊壓在一起組成的多層金屬片。為提高測溫靈敏度，通常將金屬片制成螺旋卷形狀。當多層金屬片的溫度改變時，各層金屬膨脹或收縮量不等，使得螺旋卷卷起或松開。由于螺旋卷的一端固定而另一端和一可以自由轉(zhuǎn)動的指針相連，因此，當雙金屬片感受到溫度變化時，指針即可在一圓形分度標尺上指示出溫度來。這種儀表的測溫范圍是200~650℃，允許誤差均為標尺兩程的1%左右。這種溫度計和棒狀的玻璃液體溫度計的用途相似，但可使用在機械強度要求更高的條件下。