溫控器的結構對于不同的溫度測量范圍，應選用結構不同的溫控器，在0℃～100℃的溫度范圍內，通常采用固體膨脹式的溫控器，在100℃～250℃的溫度范圍內，大多采用氣體膨脹式溫控器，對于250℃以上的溫度范圍，則只能采用熱電偶或熱電阻溫度計，經過測量變送器轉換為模擬量電信號，再將電信號轉換為開關量信號。 固體膨脹式溫控器的工作原理是，利用不同固體受熱后長度變化的差別而產生位移，從而使觸點動作，輸出溫度的開關量信號。例如，有一種溫控器是用雙金屬片（黃銅片疊在銦鋼片上）構成的，由于黃銅片的線膨脹系數較銦鋼片大，在受熱后，雙金屬片就會發生彎曲。當達到規定溫度時雙金屬片自由端（溫控器的動觸點〕產生足夠的位移，與固定的靜觸點斷開，送出開關量信號。 氣體膨脹式溫控器是按氣體壓力式溫度計的原理工作的。它有一個測溫包，內充氮氣，通過密封毛細管接到壓力開關的測量元件中。當被測溫度達到規定值時，溫包內的充氣壓力使壓力開關動作。簡單的說，測量的溫度值低于或高于設定值，就會引起電路相應的繼電器閉合或斷開從而閉合或切斷電路。類似的還有液位開關和壓力開關。
