双金属温度计的工作原理基于一个基本的物理现象：不同金属材料的热膨胀系数存在差异。

当温度发生变化时，不同金属的伸长或收缩量不同。

双金属温度计正是利用这一特性，将两种热膨胀系数差异较大的金属薄片牢固地复合在一起，形成双金属片。

常见的组合是主动层采用膨胀系数较高的金属，如锰铜合金或镍铬合金，被动层则采用膨胀系数较低的金属，如因瓦合金，一种含镍36%的铁镍合金，其热膨胀系数极低。

当双金属片受到温度变化时，主动层的膨胀或收缩量大于被动层，由于两层金属紧密结合在一起，双金属片整体就会发生弯曲。温度升高时，主动层膨胀更多，双金属片向被动层一侧弯曲;

温度降低时，主动层收缩更多，双金属片向主动层一侧弯曲。

在双金属温度计中，这个双金属片被制作成螺旋形或盘绕形，一端固定，另一端连接指针轴。

当温度变化引起双金属片弯曲变形时，自由端就会发生转动，通过转轴带动指针在刻度盘上指示出相应的温度值。

将微小的弯曲变形通过螺旋结构转化为指针的旋转运动，这是双金属温度计设计上的精妙之处。

螺旋形结构可以在有限的体积内获得足够长的双金属带，从而使自由端产生足够大的转角，保证仪表的灵敏度和精度。