電動機在工作時，當負載過大、電壓過低或發生一相斷路故障時，電動機的電流都要增大，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，但時間長了會影響電動機的壽命，甚至燒毀電動機，因此需要有過載保護。熱繼電器用于電動機的過載保護，它是利用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成。發熱元件是一段阻值不大的電阻絲，串接在被保護電動機的主電路中。雙金屬片由兩種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。當電動機過載時，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動機的控制電路中的，它的斷開會使得與其相接的接觸器線圈斷電，從而接觸器主觸點斷開，電動機的主電路斷電，實現了過載保護。
熱繼電器的主要技術數據是整定電流。整定電流是指長期通過發熱元件而不致使熱繼電器動作的電流。當發熱元件中通過的電流超過整定電流值的20％時，熱繼電器應在20分鐘內動作。熱繼電器的整定電流大小可通過整定電流旋鈕來改變。選用和整定熱繼電器時要使整定電流值與電動機的額定電流一致。