雙金屬的一種是鐵和鎳的合金，它是一種低熱膨脹合金，在室溫附近熱膨脹系數幾乎為0。另一類雙金屬是熱膨脹系數非常高的合金，是在錳中添加鉻、銅等制成的。雙金屬是通過將這兩個金屬板堆疊并冷軋成單個金屬板來制造的。

長時間使用時，性能可能會因受熱而發生變化，因此制造時需要先進的技術。通過加熱雙金屬，具有較高熱膨脹系數的合金側發生膨脹，導致其與具有較低熱膨脹系數的合金側向內翹曲。雙金屬溫度計具有利用此時產生的力來移動溫度計針的機構。

實際結構由纏繞在螺旋彈簧中的雙金屬組成，螺旋彈簧會隨著溫度變化而扭轉指針，從而旋轉指針。低熱膨脹合金英文稱為invar，是注冊商標。它是一種含有64%鐵、36%鎳和少量錳的合金。其特點是熱膨脹低，即使溫度升高，晶體整體也幾乎不發生熱膨脹。