膨脹式溫度計是利用物體受熱膨脹原理制成的溫度計，主要有固體膨脹式、液體膨脹式和壓力式溫度計三種。

固體膨脹式溫度計將兩種線膨脹系數不同的金屬片焊制成一體，構成雙金屬片溫度計。雙金屬溫度計的工作原理是把兩片膨脹系數差異很大的金屬片焊在一起。當溫度變化時，差異很大的膨脹系數造成了不同的膨脹和收縮，致使金屬片產生彎曲變形。根據不同的變形而產生不同的轉動量，轉動量帶動連接的轉軸和另一端的指示針，指示出了溫度。

壓力式溫度計是利用密閉容積內工作介質的壓力隨溫度變化的性質，通過測量工作介質的壓力來判斷溫度值的一種機械式儀表。壓力式溫度計利用氣體、液體或低沸點的液體作為感溫介質，這些物質的特點是熱膨脹系數較大，將這些物質充填于以溫包、毛細管和彈簧管所組成的密封系統內。以溫包作為測量端，當溫包內介質受到溫度作用后，密封系統內的壓力發生變化，引起彈簧管曲率的變化，使得彈簧管自由端發生位移，通過連桿和傳動機構帶動指針在表牌上指示出相應的溫度值 。

液體膨脹式溫度計中最常見的液體膨脹式溫度計是玻璃管式溫度計。 玻璃棒溫度計是利用感溫液體受熱膨脹的原理進行溫度測量的。玻璃棒溫度計的示值不僅決定于感溫液體體積的變化，還受到玻璃棒溫度計的玻璃感溫泡容積變化的影響，但由于感溫液體的膨脹系數大于玻璃的膨脹系數許多倍，因此，實際上，該種溫度計是由感溫液體體積變化沿著毛細管移動而顯示溫度值的。