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Se basan en la propiedad de ceras especiales que poseen un alto coeficiente de dilatación. Este tipo de Termostato posee un diafragma de goma rodeado de cera y una varilla alargada. La cera está encerrada en una cápsula metálica en contacto con el agua. Cuando la cera está fría, la válvula está cerrada e impide el paso del agua al radiador. Al calentarse la cera se dilata, expulsando la varilla y por el fenómeno de acción reacción, abre la válvula. El cierre se produce mediante un muelle al enfriarse la cera.

Este es el tipo de Termostato más difundido en la actualidad y el que se monta en origen en todos los motores de combustión interna.