玻璃棒溫度計采用熱脹冷縮效應的測溫原理：當溫度變化時，玻璃球中的液體體積會發生膨脹或收縮，使進入毛細管中的液柱高度發生變化，從刻度上可指示出溫度的變化。

玻璃棒溫度計的刻度分辨力高低與它的靈敏度有關，靈敏度大，則溫度表的刻度分辨力高。要提高溫度表的靈敏度，可增大測溫液的體積或減小毛細管的直徑。但增大測溫液的體積，不易于與被測物質取得熱平衡，造成較大的滯后誤差，且容易使球部產生變形；而減小毛細管直徑則會使毛細管不易加工均勻，造成液柱上升不均勻，影響測量準確性。因此，應取適當的靈敏度。

另外，溫度表的靈敏度還與測溫液和玻璃的熱膨脹系數之差有關，且成正比。一般均選取熱膨脹系數較大的液體作為測溫液，而玻璃的熱膨脹系數應盡可能的小。常用的測溫液有水銀和酒精。