双金属片由两条不同的金属片构成，这两条金属片具有不同的热膨胀系数，流过线圈的电流使双金属片变热。双金属片的上端被牢牢固定，而下端可以自由移动，当双金属片的温度随着流过线圈的电流增加而升高时，由于金属的膨胀系数不同，导致双金属片向右侧弯曲，随之继电器脱扣机构动作，继电器触点断开。流过继电器线圈的电流越大，继电器的动作越快(电流越大，温度上升越快，导致双金属片快速弯曲，进而继电器动作越快)，故继电器具有反时特性 。

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 。

继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。 

继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分） 。

热过载继电器的热元件直接或经过电流互感器接到电动机电路中。当电动机过载时，主双金属片被加热到动作温度，使继电器动作，分断电动机的动力电路，使电动机免受过载而损坏。热过载继电器的动作时间与过载电流的大小按反时限的关系变化，因此，其热特性易与电动机的热特性配合，而且还有结构简单，价格低廉，动作性能稳定，使用方便等特点。所以，20世纪90年代大多数鼠笼转子电动机和部分绕线转子电动机仍然采用热过载继电器作为过载、断相和电流不平衡运行的保护。热过载继电器也可以作其它电气设备发热状态的控制电器。

热过载继电器的适用范围：热过载继电器用于交流50Hz，额定绝缘电压660V，电流0.1～630A的电路中，主要用于三相交流电动机的过载和断相保护。并可与适应的交流接触器组成起动器，如概述图热继电器外形。