Неисправность термостата проявляется в ограничении подвижности рабочего клапана. Клапан может заклинить как в одном из крайних положений, так и в промежуточном.

Если термостат заклинил в полностью закрытом положении, жидкость циркулирует по малому кругу, возможен перегрев двигателя практически в любом режиме движения, при любой положительной температуре воздуха и даже в небольшой мороз. Если термостат открывается, но не до конца, двигатель перегревается, но может и не «закипеть» — все зависит от режима эксплуатации автомобиля.

Если клапан термостата «завис» в полностью или частично открытом состоянии, охлаждающая жидкость циркулирует по большому кругу и до рабочей температуры двигатель будет прогреваться очень долго, а в зимнее время рабочая температура может быть и не достигнута. С исправной системой охлаждения при температуре воздуха ноль градусов двигатель должен прогреваться до рабочей температуры при движении за 5–10 минут. В случае неполного открытия термостата температура двигателя даже летом не будет подниматься выше 70 градусов.