Nhiệt kế thủy ngân hoạt động dựa theo nguyên lý sự giãn nở của thuỷ ngân theo nhiệt độ: Nhiệt độ thay đổi làm cho cột độ chạy để mở rộng hoặc kéo tụt thủy ngân trong ống.
Nguyên tắc hoạt động của nhiệt kế thủy ngân là: dựa vào sự dãn nở vì nhiệt của thủy ngân, ta làm một nhiệt kế có tiết diện phù hợp để khi nhiệt độ tăng lên tương ứng thì ta thủy ngân nở ra đúng vị trí số đo cần đọc.
