電機在運轉時，當負載過大、電壓過低或發生一相斷路故障時，電機的電流都要增大，其值往往超過額定電流。如果超過不多，電路中熔斷器的熔體不會熔斷，但周期長了會影響電機的使用壽命，甚至燒壞電機，因此必須有過載保護。熱繼電器用于電機的過載保護，它通過電流熱效應使雙金屬片受熱后彎曲，通過聯動機構使觸點動作的自動電器。 它由發熱元件、雙金屬片、觸點及一套傳動和調整機構組合而成。發熱元件是一段阻值不大的電阻絲，串接在被保護電機的主電路中。雙金屬片由兩類不同熱膨脹系數的金屬片輾壓而成。圖中所示的雙金屬片，下層一片的熱膨脹系數大，上層的小。當電機過載時，通過發熱元件的電流超過整定電流，雙金屬片受熱向上彎曲脫離扣板，使常閉觸點斷開。由于常閉觸點是接在電機的控制電路中的，它的斷開會造成與其相接的接觸器線圈斷電，因而接觸器主觸點斷開，電機的主電路斷電，實現了過載保護。