Termostaat on automaatne temperatuuri reguleerimise seade, mis tavaliselt sisaldab temperatuuriandurit. See laiendab või kahaneb jahutusvedeliku voolu sisse ja välja lülitamiseks, st reguleerib automaatselt radiaatorisse voolava vee hulka vastavalt jahutusvedeliku temperatuurile, muudab jahutusvedeliku ringlusvahemikku ja reguleerib jahutussüsteemi soojuseraldusvõimet.
Mootori peatermostaat on vahatüüpi termostaat, mida juhib sees olev parafiin soojuspaisumise ja külma kokkutõmbumise põhimõttel, et kontrollida jahutusvedeliku ringlust. Kui jahutustemperatuur on madalam kui etteantud väärtus, muutub termostaadi temperatuurianduri korpuses olev rafineeritud parafiin tahkeks ja termostaadi ventiil sulgeb vedru toimel kanali mootori ja radiaatori vahel. Jahutusvedelik voolab läbi veepumba tagasi mootorisse, alustades mootori väikest tsüklit. Kui jahutusvedeliku temperatuur saavutab etteantud väärtuse, hakkab parafiin sulama ja muutub järk-järgult vedelaks. Selle maht suureneb ja surub kummist toru kokku, pannes selle kokku tõmbuma. Samal ajal kummist toru kokku tõmbub ja avaldab tõukurvardale ülespoole suunatud tõukejõudu. Tõukurvardal on ventiilile allapoole suunatud tõukejõud, mis avab ventiili. Sel ajal voolab jahutusvedelik läbi radiaatori ja termostaadi ventiili ning seejärel voolab see läbi veepumba tagasi mootorisse, et tagada suurem ringlus. Suurem osa termostaadist on paigutatud silindripea vee väljalasketorusse, mille eeliseks on lihtne konstruktsioon ja jahutussüsteemi mullide lihtne väljalaskmine. Puuduseks on see, et termostaat töö ajal sageli avaneb ja sulgub, tekitades võnkumisnähtuse.
Kui mootori töötemperatuur on madal (alla 70 °C), sulgeb termostaat automaatselt radiaatorisse viiva tee ja avab veepumba juurde viiva tee. Jahutusvesi, mis voolab veesärgist välja, siseneb vooliku kaudu otse veepumpa ja suunab selle veepumba abil veesärgi ringlusse. Kuna jahutusvesi radiaatorist ei haju, saab mootori töötemperatuuri kiiresti tõsta. Kui mootori töötemperatuur on kõrge (üle 80 °C), sulgeb termostaat automaatselt veepumba juurde viiva tee ja avab radiaatori juurde viiva tee. Jahutusvesi, mis voolab veesärgist välja, jahutatakse radiaatori abil ja seejärel suunatakse veepumba abil veesärgi, mis parandab jahutuse intensiivsust ja hoiab ära mootori ülekuumenemise. Seda tsükliteed nimetatakse suureks tsükliks. Kui mootori töötemperatuur on vahemikus 70 °C kuni 80 °C, eksisteerivad samaaegselt suured ja väikesed tsüklid, st osa jahutusveest on suure tsükli ja teine osa väikese tsükli jaoks.
Autotermostaadi ülesanne on sulgeda auto enne, kui temperatuur on langenud normaalsele tasemele. Sel ajal suunatakse mootori jahutusvedelik veepumba abil mootorisse tagasi ja mootoris toimub väike ringlus, et mootor kiiremini soojeneks. Kui temperatuur ületab normaalse, avatakse ventiil, et jahutusvedelik voolaks läbi kogu paagi radiaatori ahela, et tagada lai ringlus ja kiire soojuse hajumine.
