สารออกฤทธิ์ของเทอร์โมมิเตอร์ทางคลินิกคือปรอท กระเปาะของมันมีปริมาตรมากกว่าท่อคาปิลลารีที่อยู่ด้านบนมาก เนื่องจากอิทธิพลของอุณหภูมิของร่างกาย ปรอทในหลอดไฟจึงมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย การขยายตัวของปรอททำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความยาวของคอลัมน์ปรอทภายในท่ออย่างมีนัยสำคัญ
อุณหภูมิร่างกายมนุษย์จะแตกต่างกันไประหว่าง 35 องศาถึง 42 องศา ดังนั้นขนาดของเทอร์โมมิเตอร์ทางคลินิกจึงแบ่งออกเป็น 35 องศาถึง 42 องศา โดยแต่ละองศาจะแบ่งออกเป็น 10 ส่วนเพิ่มเติม จึงทำให้เทอร์โมมิเตอร์มีความแม่นยำถึง 1/10 ขององศา เวลาอ่านค่าต้องถอดเทอร์โมมิเตอร์ออกจากรักแร้หรือปาก ซึ่งอุณหภูมิของกระเปาะจะลดลงเมื่อถึงจุดนั้น เพื่อให้แน่ใจว่าค่าที่อ่านได้ยังคงเป็นอุณหภูมิของร่างกาย จำเป็นต้องมีการออกแบบพิเศษ: ท่อบางมากระหว่างกระเปาะกับท่อแก้วตรง-ส่วนการรัด ส่วนล่างของเทอร์โมมิเตอร์ใกล้กับกระเปาะมีคอที่แคบและโค้งมาก เมื่อวัดอุณหภูมิร่างกาย ปรอทในกระเปาะจะขยายตัวเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น โดยถูกบังคับผ่านท่อรัดเข้าไปในท่อตรง และเพิ่มขึ้นจากคอไปยังตำแหน่งที่แน่นอนภายในท่อ เมื่อถึงสมดุลทางความร้อนกับอุณหภูมิของร่างกาย คอลัมน์ปรอทจะยังคงที่ เมื่ออุณหภูมิภายนอกต่ำ ปรอทจะหดตัวในปริมาตรเมื่อสัมผัสกับอากาศเย็น และจะแตกออกที่คอโค้งแคบ วิธีนี้จะป้องกันไม่ให้ปรอทในท่อบางไหลกลับเข้าไปในกระเปาะ โดยคงความสูงของคอลัมน์ปรอทไว้เมื่อสัมผัสกับร่างกาย ดังนั้นเมื่อออกจากร่างกายก็ยังคงแสดงอุณหภูมิของร่างกายอยู่ หลังการใช้งาน ควร "คืน" เทอร์โมมิเตอร์ทางคลินิกโดยการเขย่าส่วนบนของเทอร์โมมิเตอร์ลงด้านล่างแรงๆ เพื่อให้ปรอทที่ลอยอยู่ในหลอดกลับคืนสู่กระเปาะ เทอร์โมมิเตอร์อื่นๆ ไม่ควรเขย่า; นี่เป็นข้อแตกต่างที่สำคัญระหว่างเทอร์โมมิเตอร์ทางคลินิกกับเทอร์โมมิเตอร์เหลวอื่นๆ
