液体や気体の熱膨張によって測定し、刻印されている目盛りから体温を読み取る。測定液には水銀を利用した棒型のものを用いる。長く使用されていたが、使用前の目盛を最低温度以下に戻す操作に、強く何度も振る必要があるなど手間がかかる、損傷（特に前述の目盛を最低温度以下に戻す操作で発生しやすい）した際に毒性を持つ水銀が流出するなどの安全性の問題などから、次項のデジタル式の高精度化や低価格化が進むに連れ、少なくなりつつある。
デジタル式.
サーミスタや赤外線検知回路、それを制御するマイコンを組み込んだ電子回路によって測定する。形状はアナログ式同様に使えるよう、薄型の棒状に近いものが多く、体温は小型の液晶ディスプレイを通じて読み取る。電子回路を持つため動作には電源が必要で、ボタン電池を用いる。出現当初は水銀式に比べ価格が高く、精度も劣っていたが、精度の改善と価格の低下が進められ、また使用前のリセットの手間がない（電源オンでリセットされるか、リセットボタンを押すだけ）など使いやすいことから、家庭のみならず医療機関（病院、診療所）でも主流となっている。
動作原理による分類.
気体の熱膨張式.
水銀式.
体温計に使用される水銀は、液体のまま経口摂取してもほとんど吸収されずに便として排出されるため無害であるが、気化した蒸気を吸い込むと身体に悪影響を及ぼすため取り扱いには注意が必要である。たとえば破損した水銀体温計やこぼれ出た水銀をそのまま放置しておくと徐々に水銀が気化し、肺を通じて人体に取り込まれ、主に腎臓や神経に悪影響を及ぼす（水銀中毒）。乳幼児の体温を測定する場合などは破損事故が発生することが多いため、特に注意が必要となる。
衝撃で水銀柱が分断し、振ってもなおらない場合は、湯につけてガラス管の端まで水銀を上げれば再度一体化する。しかし注視していて水銀が末端に達したらすぐに加熱をやめないと、管自体が破断して危険である。
灯油・アルコール式.
安全性の観点から、水銀式の原理をそのままに、水銀に代わって着色した灯油・アルコールを使用したものも存在する。精度の面で、水銀使用のものに劣る。電子式の普及により、このタイプの体温計は使用されなくなった。
サーミスタ式.
赤外線式.
液晶式.
形状による分類.
棒状.