ऊष्मातापी आंतरिक दहन इंजनों में इंजन को इसके इष्टतम कार्यरत तापमान पर बनाये रखने के लिए सामान्यतया एक वातानुकूलित उत्सर्जक में शीतलक के प्रवाह को एक बाहरी ऊष्मा सिंक पर नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाता है।

इस प्रकार के ऊष्मातापी यांत्रिक रूप से कार्य करते हैं। यह एक सीलबंद कक्ष के भीतर मोम छर्रों का प्रयोग करते हैं। कम तापमान पर मोम ठोस रहता है लेकिन इंजन के गर्म होने के साथ मोम पिघलता है और फैलता है। सीलबंद कक्ष में एक विस्तार प्रावधान होता है जो जब संचालन तापमान बढ़ जाता है एक छड़ को जो कि एक वॉल्व को खोलती है चलाता है। संचालन तापमान नियत होता है, लेकिन यह मोम की एक विशिष्ट संरचना द्वारा निर्धारित होता है, इसलिए इस प्रकार के ऊष्मातापी विभिन्न तापमान बनाए रखने के लिए उपलब्ध हैं, आमतौर पर 70 से 90°C (160 से 200°F) की सीमा में. ज्यादा कुशलता और कम प्रदूषण फैलाने के चक्कर में आधुनिक इंजन गर्म यानि की 80 °C (180 °F) से ऊपर चलते हैं। ज्यादातर ऊष्मातापियों में तंत्र में हो सकने वाली गैस "e.g.", शीतलक के प्रतिस्थापन के दौरान शामिल गैस को निकालने के लिए एक छोटा उपमार्ग छिद्र होता है जो कि ऊष्मातापी के बंद होने पर शीतलक के एक छोटे प्रवाह को गुजरने की अनुमति भी देता है। यह उपमार्गीय प्रवाह यह सुनिश्चित करता है कि इंजन के गर्म होने के साथ ऊष्मातापी शीतलक के तापमान में परिवर्तन को अनुभव करता है; इसके बिना ऊष्मातापी के आसपास शीतलक के एक स्थिर क्षेत्र को दहन कक्षों और सिलेंडर छिद्रों के आसन्न शीतलक के तापमान परिवर्तनों की तुलना में रोक सकता है।

ऊष्मातापी के बंद होने के दौरान पाश में शीतलक का प्रवाह बहुत धीमा होता है, जो दहन कक्ष के आसपास के शीतलक को तेज़ी से गर्म होने देता है। ऊष्मातापी तब तक बंद रहता है जब तक कि शीतलक का तापमान ऊष्मातापी के खुलने के सांकेतिक तापमान तक नहीं पहुंच जाता है। ऊष्मातापी तब उत्सर्जक में शीतलक के प्रवाह में बढौतरी से शीतलक के तापमान के इष्टतम परिचालन तापमान तक पहुंचने के साथ धीरे धीरे खुलता है। एक बार इष्टतम परिचालन तापमान पर पहुंचने के बाद ऊष्मातापी तापमान में परिवर्तन के प्रतिक्रियास्वरूप उत्तरोत्तर खुलता या बंद होता है, जो कि गतिशील रूप से शीतलक के पुनर्प्रवाह और इंजन के निर्गम को गर्म करने, वाहन की गति तथा बाहरी वातावरण के तापमान परिवर्तन के साथ इंजन का तापमान इष्टतम सीमा में बनाये रखने के लिए उत्सर्जक में शीतलक के प्रवाह को संतुलित करता है। यदि शीतलन तंत्र के ताप आगम में बढ़ावा करते हुए इंजन पर दबाव बढ़ता है या शीतलक ताप निर्गम को कम करते हुए वाहन की गति कम होती है या वायु का तापमान बढ़ता है, तो उत्सर्जक में शीतलक के प्रवाह को बढ़ाते हुए ऊष्मातापी और खुल जायेगा जिससे इंजन अतिगर्म होने से बच जायेगा. अगर परिस्थितियां उल्टी हो जायें तो ऊष्मातापी शीतलक के तापमान को बनाये रखने के लिए थोड़ा बंद हो जायेगा.

सामान्य प्रचालन स्थितियों के तहत ऊष्मातापी इसके करीब आधे प्रहार यात्रा तक खुला रहता है ताकि ये प्रचालन परिस्थितियों की प्रतिक्रिया में और ज्यादा खुला या बंद हो सके। एक सही तरीके से निर्मित ऊष्मातापी इंजन के सामान्य परिचालित होते हुए कभी भी पूरा खुला या पूरा बंद नहीं होगा या ज्यादा गर्म या ज्यादा ठंडा नहीं होगा। उदाहरण के लिए:


आधुनिक शीतलन तंत्र एक स्प्रिंग लगे उत्सर्जक दबाव टोपी के रूप में एक आंशिक भरे प्रसार कुंड में जाती एक नली के साथ राहत छिद्र रखते हैं। उच्च तापमान के कारण शीतलन तंत्र राहत छिद्र द्वारा तय एक उच्चतम दबाव वाला बन जायेगा. अतिरिक्त दबाव, शीतलक के क्वथनांक को उसके ऊपर बढ़ा देता है जिससे वह वायुमंडलीय दबाव पर आ जाता है।

ऊष्मातापी के भीतर इस्तेमाल मोम उत्पाद को उत्पादन की एक विशिष्ट प्रक्रिया की जरूरत होती है। एक मानक पैराफीन मोम की तुलना में, जिसमें एक बड़ी कार्बन श्रृंखला सीमा रखती है, एक ऊष्मातापी अनुप्रयोग में प्रयुक्त मोम में कार्बन अणु की एक बड़ी संकरी सीमा होती है। श्रृंखला की सीमा आम तौर पर, विशिष्ट अनुप्रयोग द्वारा मांगे गये गलन गुण द्वारा निर्धारित होती है। इस तरह से एक उत्पाद को निर्मित करने के लिए आसवन के बहुत सटीक स्तर चाहिए होते हैं जो ज्यादातर मोम रिफाइनरियों के लिए मुश्किल या असंभव होते है।

यांत्रिकी
साधारण द्वि तार ऊष्मातापी
दिखावटी ऊष्मातापी
मोम छर्रे