当过载电流流过其电阻丝，那么双金属片会受热膨胀。原因是其两块金属片的膨胀系数不同，那么大膨胀系数金属片就会弯向小膨胀系数金属片，利用这种物理特性来切换热继电器的触点，实现控制电路的断开，让交流接触器线圈失电，断开主电路停止电机运行，从而起到过载保护。
考虑到热惯性的特点，由于热继电器不会受到电机短暂性过载电流或短路的影响而立即动作，diangon.com因此过载保护应用过程必须同时实施短路保护，双重作用确保电机安全。这里提及一下，短路保护中熔断器的选择时，熔断器额定电流不高于热继电器发热元件额定电流的4倍。
热继电器的结构
1、感温元件、2、触点系统、3、动作机构
4、复位按钮、5、电流调节机构
6、温度补偿元件
上述的感温元件：双金属片、绕在双金属片上的电阻丝。双金属片是两块不同膨胀系数的金属片，然后以机械碾压方式制成一体。
复位按钮：在没有工作情况下，手动让其动作是能够自动复位的，是故障让热继电器动作，这时自动复位失灵必须得手动。原因是它的双金属片受热之后不能马上冷却，因此只有待它冷却后再按复位按钮使热继电器触点复位。