Il termometro differenziale di Leslie è un termometro ad aria. Lo strumento è posto su una base rettangolare di legno ed è costituito da due globi di vetro pieni d aria, oggi mancanti, uniti tramite un tubo ad U, fissato su un sostegno di legno, parzialmente riempito di un liquido colorato. Due scale sono marcate a mano in inchiostro nero su entrambe le facce del termoscopio. Le scale sono divise in gradi e le temperature sono scritte ogni 5 gradi. La scala sul davanti va da 0° a +100° ed è lunga 34 cm. La scala sul retro va da 0° a +100° ma è lunga 35,5 cm.

I termometri differenziali erano in grado di misurare la differenza tra la temperatura dell'ambiente e quella della sorgente in osservazione.

Quando il globo superiore viene riscaldato, l aria si dilata e spinge verso il basso la colonnina di liquido, che si alza nell'altro braccio. La differenza di temperatura tra le due sfere si legge sulla scala affiancata al tubo termometrico.