热继电器的结构有两个主双金属片与两个发热元件。两个发热元件分部串联在主电路的两相中。动触头与静触头接在控制电路的热继电器线圈回路中。当负载电流超过额定电流值并经过一定时间后，发热元件所产生的热量足以使双金属片受热向右弯曲，并推动导板向右移动一定距离，导板又推动温度补偿片与推杆，使动触头与静触头分开，从而使热继电器线圈断电释放，将电源切断起到保护作用。电源切断后，电流消失，双金属片逐渐冷却，经过一段时间后恢复原状，于是触头在失去作用力的情况下，靠自身弹簧的弹性自动复位，经触头闭合。

如JR16-20/2型热继电器（间接加热方式）由镍铬合金材料制成，使用时加热元件串接加热元件，热继电器的加热元件一般用康铜、镍铬合金材料制作，被用在被保护电路中。电流通过时，加热元件产生的热量使主双金属片弯曲变形。双金属片材料多为铁镍铬合金或铁镍合金。受热时主双金属机构大多数利用杠杆传递及弹簧跳跃式机构完成触动作机构和触头系统，热继电器动作机构大多数利用杠杆传递弹簧的动作。触头系统多为单断点弹簧跳跃式动作，一般触头为一个常开触头和一个常闭触头。

温度补偿元件：温度补偿元件也是双金属片，它能使热继电器的动作性能在-30~+40℃的范围内基本上不受周围介质温度变化的影响，其弯曲方向与主双金属片的弯曲方向相同，起补偿作用。

电流整定装置：它通过调整外盘刻度轮来调整推杠间隙，改变推杠移动距离，以达到电流整定值的目的。

复位机构：复位机构有手动和自动两种形式。