Đúng như tên gọi của mình, rơ le nhiệt hoạt động dựa trên sự thay đổi nhiệt độ của dòng điện. Khi dòng điện quá tải sẽ phát sinh ra một nhiệt lượng rất lớn khiến cho tấm kim loại của rơ le bị đốt nóng dẫn tới hiện tượng bị giãn nở. Trong thành phần cấu tạo nên rơ le nhiệt, phiến kim loại kép đóng một vai trò vô cùng quan trọng để thiết bị hoạt động hiệu quả. Phiến kim loại kép này được ghép từ hai thanh kim loại có chỉ số giãn ở khác nhau.