Un certain nombre de poids sont en suspension dans le liquide. En général les poids sont eux-mêmes des ampoules de verre scellées contenant des liquides de différentes couleurs pour produire un effet plus attrayant. Lorsque le liquide contenu dans le cylindre subit des changements de température, sa densité se modifie. Les ampoules sont alors libres de se déplacer, de monter ou descendre pour atteindre une position où leur densité est égale à celle du milieu liquide, leur mouvement pouvant être arrêté par d'autres ampoules. Si les densités de chacune des ampoules diffèrent un tant soit peu et qu'elles se trouvent classées de sorte que la moins dense soit en haut et la plus dense au bas, elles peuvent former une échelle de températures.
La température est généralement gravée sur un disque de métal suspendu sous chaque ampoule. En règle générale, un espace tend à séparer un groupe d'ampoules du haut d'un groupe du bas : la température doit être lue sur le disque situé à la base du groupe du haut ; si une ampoule flotte entre les deux groupes, on en déduit une température intermédiaire, un peu inférieure. Pour atteindre cet objectif, la fabrication d'un tel thermomètre doit avoir des tolérances de poids inférieures au milligramme.
Les thermomètres existants ont une précision de quelques milligrammes pour les objets flottants (donc environ 0,5 °C). Il en existe à cinq, sept et huit boules principalement. L'inconvénient est qu'on ne peut pas aller à des températures trop basses ou trop hautes. Comme pour tous les thermomètres, l'exposition au soleil fausse les résultats.
Aujourd'hui, ils servent aussi d'objets décoratifs. Le fluide contenu dans le tube est un mélange d'hydrocarbures dont la nature exacte n'est pas divulguée ; les boules de verre sont quant à elles remplies d'eau ou d'alcool coloré.