图中：1――电流调节凸轮，2――片簧（2a，2b），3――手动复位按钮，4――弓簧片，5――主金属片，6――外导板，7――内导板，8――常闭静触点，9――动触点，10――杠杆，11――常开静触点（复位调节螺钉），12――补偿双金属片，13――推杆，14――连杆，15――压簧
使用热继电器对电动机进行过载保护时，将热元件与电动机的定子绕组串联，将热继电器的常闭触头串联在交流接触器的电磁线圈的控制电路中，并调节整定电流调节旋钮，使人字形拨杆与推杆相距一适当距离。当电动机正常工作时，通过热元件的电流即为电动机的额定电流，热元件发热，双金属片受热后弯曲，使推杆刚好与人字形拨杆接触，而又不能推动人字形拨杆。常闭触头处于闭合状态，交流接触器保持吸合，电动机正常运行。
若电动机出现过载情况，绕组中电流增大，通过热继电器元件中的电流增大使双金属片温度升得更高，弯曲程度加大，推动人字形拨杆，人字形拨杆推动常闭触头，使触头断开而断开交流接触器线圈电路，使接触器释放、切断电动机的电源，电动机停车而得到保护。
热继电器其它部分的作用如下：人字形拨杆的左臂也用双金属片制成，当环境温度发生变化时，主电路中的双金属片会产生一定的变形弯曲，这时人字形拨杆的左臂也会发生同方向的变形弯曲，从而使人字形拨杆与推杆之间的距离基本保持不变，保证热继电器动作的准确性。这种作用称温度补偿作用。
螺钉8是常闭触头复位方式调节螺钉。当螺钉位置靠左时，电动机过载后，常闭触头断开，电动机停车后，热继电器双金属片冷却复位。常闭触头的动触头在弹簧的作用下会自动复位。此时热继电器为自动复位状态。将螺钉逆时针旋转向右调到一定位置时，若这时电动机过载，热继电器的常闭触头断开。其动触头将摆到右侧一新的平衡位置。电动机断电停车后，动触头不能复位。必须按动复位按钮后动触头方能复位。此时热继电器为手动复位状态。若电动机过载是故障性的，为了避免再次轻易地起动电动机，热继电器宜采用手动复位方式。若要将热继电器由手动复位方式调至自动复位方式，只需将复位调节螺钉顺时针旋进至适当位置即可。
有些型号的热继电器还具有断相保护功能。其结构示意图如图3所示：
图3 差动式断相保护装置示意图
（a）通电前，（b）三相通有额定电流，（c）三相均衡过载，（d）一相断电故障
热继电器的断相保护功能是由内、外推杆组成的差动放大机构提供的。当电动机正常工作时，通过热继电器热元件的电流正常，内外两推杆均向前移至适当位置。当出现电源一相断线而造成缺相时，该相电流为零，该相的双金属片冷却复位，使内推杆向右移动，另两相的双金属片因电流增大而弯曲程度增大，使外推杆更向左移动，由于差动放大作用，在出现断相故障后很短的时间内就推动常闭触头使其断开，使交流接触器释放，电动机断电停车而得到保护。
