Utrzymywanie z góry określonych temperatur jest głównym celem termostatów sondy, czasami nazywanych termostatami sondy zanurzeniowej. Urządzenie zazwyczaj działa w połączeniu z jednostkami chłodzącymi i grzewczymi. Produkty do hodowli zwierząt, samochody i sprzęt gospodarstwa domowego zawierają różne typy termostatów sond. Termostaty od czasu do czasu ulegają awarii i wymagają okresowej wymiany.
Cały termostat lub przedłużenie sondy urządzenia zazwyczaj znajduje się w powietrzu lub płynie wymagającym regulacji temperatury. Gdy temperatura spadnie poniżej lub przekroczy pożądany poziom, termostat sondy wykrywa zmianę i albo zamyka, albo otwiera obwód elektryczny. Po otrzymaniu tego sygnału włącza się system ogrzewania lub chłodzenia urządzenia, aby skorygować temperaturę.
W zależności od urządzenia lub urządzenia wymagającego regulacji producenci kalibrują termostaty sondy w celu wykrycia określonego zakresu temperatur. Temperatury te mogą spaść nawet do 65 stopni Fahrenheita (53 stopnie Celsjusza) poniżej zera lub wzrosnąć do 500 stopni Fahrenheita (260 stopni Celsjusza) powyżej zera. Termostaty zanurzeniowe lub sondowe mogą być wyposażone w ręczne lub automatyczne systemy kontroli nastaw.
Niektóre urządzenia zawierają również elementy zabezpieczające, które ostrzegają system w przypadku wystąpienia ekstremalnych temperatur. W przypadku stosowania w hodowli zwierząt termostaty sondy mogą przypominać metalowy cylindryczny trzonek przymocowany do kabla i regulatora termostatu. Sonda może być umieszczona w otoczeniu zwierzęcia lub w wodociągu. W innym typie termostatu sondy zanurzony trzpień jest bezpośrednio przymocowany do małego zewnętrznego mechanizmu przypominającego skrzynkę z elementami sterującymi. Domowe podgrzewacze wody często zawierają tego typu urządzenia.
W grillach można stosować niezależne cylindryczne urządzenie sondujące. Inny rodzaj termostatu sondy przypomina śrubę lub świecę zapłonową. Te jednostki monitorujące temperaturę mogą być komponentami samochodów, przemysłowych agregatów chłodniczych lub podgrzewaczy inwentarza żywego.
Jeśli temperatury stale rosną powyżej lub spadają poniżej dopuszczalnych poziomów, problem może leżeć w uszkodzonym termostacie sondy. Instrukcje obsługi urządzeń zazwyczaj zawierają informacje dotyczące nazwy i numerów seryjnych części zamiennych. Łatwość wymiany termostatów sondy zależy w dużej mierze od urządzenia, w którym urządzenie jest zainstalowane.
Niektóre termostaty po prostu wkręcają się lub wykręcają z urządzenia i mogą wymagać usunięcia przewodu elektrycznego. Inne typy termostatów mogą wymagać jedynie usunięcia kabla połączeniowego. Przed przystąpieniem do naprawy jakiegokolwiek urządzenia, ze względów bezpieczeństwa, należy najpierw odłączyć źródło zasilania. Wymiana termostatów sond samochodowych zazwyczaj trwa dłużej. Oprócz odłączenia źródła elektrycznego, po wymianie termostatu poszczególne osoby muszą spuścić płyn chłodzący i wymienić płyn.