Ha a termosztát meghibásodik, nagyon sok időt vehet igénybe, amíg a motor eléri az üzemi hőmérsékletet, vagy éppen ellenkezőleg, gyorsan túlmelegszik. Gyorsítás közben a motor hőmérséklete hirtelen csökkenhet, és ugyanilyen élesen emelkedhet is közvetlenül azután, hogy megállt az autó. A belső fűtés kevésbé hatékonnyá válik. Az alsó radiátorcső hőmérséklete egy másik jel, ami arra utalhat, hogy rossz a termosztát: ha rögtön a motor beindítása után felmelegszik, az azt jelenti, hogy az alkatrész szelepe nyitott állásban beragadt. Ha a cső hideg marad, miután a motor elérte üzemi hőmérsékletét, ez azt jelzi, hogy a szelep zárt állapotban szorult meg.
Egyes esetekben a hibás termosztát a „Check Engine” lámpa kigyulladását okozhatja a műszerfalon. A diagnosztikai ellenőrzés során megtudhatjuk a megfelelő hibakódot. Ez azonban nem mindig van így, ezért továbbra is figyelni kell a fent leírt jelekre.
Megtörténik, hogy az egység hibája következtében a motor egyáltalán nem indul el. Ez például a beépített hűtőfolyadékhőmérséklet-érzékelővel ellátott MINI modellekben van így. Ha az érzékelő meghibásodik, a motor beindul, majd azonnal lefullad. Előfordul, hogy az ECU blokkolja a motor indítását.