Όπως υποδηλώνει και το όνομά του, ένας ελεγκτής θερμοκρασίας χρησιμοποιείται σε διάφορες διεργασίες για τον έλεγχο της θερμοκρασίας. Ο ελεγκτής θερμοκρασίας λειτουργεί συγκρίνοντας το σήμα ενός αισθητήρα θερμοκρασίας με το σημείο ρύθμισής του και υπολογίζει την απόκλιση μεταξύ αυτών των τιμών. Η έξοδος του ελεγκτή συνδέεται με ένα στοιχείο, όπως μια εγκατάσταση θέρμανσης ή ψύξης νερού.
Για τον ακριβή έλεγχο της θερμοκρασίας της διεργασίας χωρίς εκτεταμένη εμπλοκή του χειριστή, ένα σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας βασίζεται σε έναν ελεγκτή, ο οποίος λαμβάνει ως είσοδο έναν αισθητήρα θερμοκρασίας, όπως ένα θερμοζεύγος ή ένα RTD. Ο ελεγκτής θερμοκρασίας συγκρίνει τη θερμοκρασία σε πραγματικό χρόνο με την επιθυμητή θερμοκρασία ελέγχου ή το σημείο ρύθμισης και παρέχει μια έξοδο σε ένα στοιχείο ελέγχου. Ο ελεγκτής ή ο θερμοστάτης είναι ένα μέρος ολόκληρου του συστήματος ελέγχου.