Il termometro a liquido consiste di un tubo capillare di vetro collegato ad un bulbo dello stesso materiale. Esso è parzialmente riempito di mercurio. Si tratta di due piccoli tubi affiancati e tenuti insieme da un filo metallico e da ceralacca. In uno di essi è introdotto il mercurio e nell'altro una scala graduata su un foglio di carta arrotolato all'interno del tubo. La scala, scritta a mano in inchiostro nero, è suddivisa in gradi e va da -10° a +80°. Le temperature sono marcate ogni 5°. Uno dei tubi ha un prolungamento di vetro a forma di uncino.

All'aumentare della temperatura, a causa della maggior dilatazione del liquido rispetto a quella del vetro, il liquido sale nel capillare. La differenza tra il livello iniziale e quello finale è proporzionale alla differenza di temperatura che ha provocato la dilatazione. Ciascun termometro deve essere tarato in modo che, per una certa dilatazione, si legga sempre sulla scala la stessa temperatura e che due termometri diversi nelle stesse condizioni segnino la stessa temperatura. A questo scopo si scelgono dei fenomeni fisici che, fissate certe condizioni, avvengono sempre alla stessa temperatura. Tali sono i cambiamenti di stato, ad esempio la fusione del ghiaccio e l'ebollizione dell'acqua alla pressione di una atmosfera.