熱繼電器主要用于對異步電動機進行過載保護，而不是短路保護。其工作原理是當過載電流通過熱繼電器元件時，雙金屬片會因加熱而彎曲，進而推動動作機構，使控制電路斷開，從而切斷電動機的電源，實現過載保護。由于雙金屬片的加熱和彎曲過程需要一定時間，熱繼電器不適用于短路保護。熱繼電器的過載保護作用是通過其熱元件實現的。在電路中，熱繼電器通常用FR表示，其電路符號見下圖。部分型號的熱繼電器還具備斷相保護功能。這種斷相保護功能是由熱繼電器內部和外部推桿組成的差動放大機構提供的。在電動機正常運行時，流經熱繼電器熱元件的電流是正常的，內部和外部推桿都會移至適當位置。然而，當電源的一相斷線導致缺相時，該相的電流會消失，導致該相的雙金屬片冷卻并復位，使內部推桿向右移動。與此同時，其他兩相的雙金屬片因電流增大而彎曲程度加劇，使外部推桿向左移動。這種差動放大作用會在斷相故障發生后很短的時間內推動常閉觸點斷開，使交流接觸器釋放，切斷電動機的電源，從而保護電動機。