主要用來對非同步電動機進行過載保護，他的工作原理是過載電流透過熱元件後，使雙金屬片加熱彎曲去推動動作機構來帶動觸點動作，從而將電動機控制電路斷開實現電動機斷電停車，起到過載保護的作用。鑑於雙金屬片受熱彎曲過程中，熱量的傳遞需要較長的時間，因此，熱繼電器不能用作短路保護，而只能用作過載保護

熱繼電器的工作原理是：

由流入熱元件的電流產生熱量，使有不同膨脹係數的雙金屬片發生形變，當形變達到一定距離時，就推動連桿動作，使控制電路斷開，從而使接觸器失電，主電路斷開，實現電動機的過載保護。

熱元件共有兩塊，是熱繼電器的主要部分，它是由雙金屬片1、2及圍繞的雙金屬片外面的電阻絲組成。雙金屬片是由兩種熱膨脹係數不同的金屬片焊合而成。使用時將電阻絲直接串接在非同步電動機的兩相電路上。常閉觸頭8與9接於電動機控制電路的接觸器線圈支路上。當電動機繞組因過載引起過電流時，並經一定時間後，發熱元件所產生的熱量足使雙金屬片1和2彎曲，並推動導板5向右移動一定距離，導板5又推動溫度補償片6與槓桿7，使動觸頭8與靜觸頭9分開，從而使電動機線路接觸器斷電釋放，將電源切除起到保護作用。電源切斷後，熱繼電器開始冷卻，過一段時間雙金屬恢復原狀，於是觸頭8在彈簧13的使用下，自動復位與觸頭9閉合。

這種熱繼電器也可用手動復位。這時只要將螺釘10擰出到一定位置，使觸頭8的轉動超過一定角度，在此情況下，即使雙金屬片冷卻，觸頭8也不能自動復位，必須採用手動。即按下復位按紐11使觸頭8變位，這在某種要求故障未被排除而防止電動機再行起動的場合是必須的。