Wraz ze wzrostem temperatury element termobimetalowy wygina się w stronę warstwy biernej na skutek różnicy wartości współczynników rozszerzalności liniowej; dzięki niej warstwa czynna ulega większemu wydłużeniu pod wpływem temperatury, niż warstwa bierna.
Zmiana temperatury termobimetalu może nastąpić w wyniku zmiany temperatury otoczenia, konwekcji, promieniowania cieplnego, doprowadzenia ciepła do elementu przez przewodniki cieplne, a także ogrzewania prądem elektrycznymMechatronic Systems: fundamentals, s. 388, 458–459.. W tym ostatnim przypadku wyróżnia się ogrzewanie bezpośrednie, w którym termobimetal przewodzi prąd, i pośrednie, w którym element przewodzący prąd zamontowany jest blisko ogrzewanego w ten sposób elementu termobimetalowego.
Obecnie termobimetale wytwarzane są najczęściej ze stali o wysokiej procentowej zawartości niklu (warstwę bierną wykonuje się przede wszystkim z inwaru). Znajdują one szerokie zastosowanie m.in. w zegarach, przyrządach pomiarowych, aparatach elektrycznych, układach regulujących i stabilizujących temperaturę.