Kiedy przyrząd jest w stanie równowagi termodynamicznej z otoczeniem, można odczytać temperaturę przez obserwację liczby pływających pojemników. Jeśli w otoczeniu panuje bardzo niska temperatura, ciecz w cylindrze staje się gęstsza i wszystkie pojemniki pływają. Gdy temperatura jest wysoka, pojemniki toną.
W temperaturach pośrednich tylko pojemniczki gęstsze od cieczy opadają: najbardziej zatopiony ma niższą gęstość niż ciecz.

Możemy się dziwić dlaczego pojemniczki nie zmieniają swojej gęstości skoro temperatura wpływa również na nie. Odpowiedź jest prosta: ich szklane ścianki rozszerzają się i zwężają tak niewiele, że możemy ten efekt pominąć dla tego zakresu zmian temperatury (termometr pracuje w zakresie temperatur 10 do 30 stopni Celsjusza). Objętość, a co za tym idzie - gęstość pojemniczków można przyjąć za stałe.
Wyjaśnimy to dokładniej. Gęstość cieczy i ciał stałych zmienia się w raz z temperaturą w sposób liniowy, tzn. wraz ze wzrostem temperatury gęstość maleje proporcjonalnie, co jest opisywane równaniem:

gdzie β jest objętościowym współczynnikiem rozszerzalności cieplnej, a T₀ jest temperaturą początkową. Dla wody β wynosi ok. 0,21×10^-3 K^-1, dla szkła - 0,01¸0,03×10^-3 K^-1, a dla alkoholu izopropylowego: 1.1×10^-3 K^-1 (alkohol izopropylowy jest częstym składnikiem budowanych termometrów Galileusza). Im mniejszy jest objętościowy współczynnik rozszerzalności cieplnej, tym mniejsze są zmiany gęstości. Stąd widać, że zmiany gęstości (wraz z temperaturą) szklanych pojemniczków są znikomo małe w stosunku do cieczy.