Mocht de thermostaat uitvallen, kan het heel veel tijd kosten om de werktemperatuur te bereiken, of zal de motor in plaats daarvan snel oververhit raken. Bij het optrekken kan de motortemperatuur plotseling omlaag gaan en vlak na het tot stilstand brengen van het voertuig even sterk stijgen. De interieurverwarming werkt minder goed. Bovendien duidt de temperatuur van de onderste radiateurbuis op een gebrekkige thermostaat: zodra deze vlak na de motorstart warm wordt, houdt dit in dat de klep van dit onderdeel open blijft staan. Mocht de buis na het bereiken van de bedrijfstemperatuur van de motor koud blijven, dan duidt dit erop dat de klep dicht blijft zitten.
Soms veroorzaakt een defecte thermostaat dat het lampje Check Engine oplicht. Met behulp van een diagnostische scan kan de bijbehorende storingscode zichtbaar worden gemaakt. Maar dat is niet altijd het geval, zodat u nog steeds de hierboven genoemde klachten in aanmerking dient te nemen.
Het kan gebeuren dat de motor in zijn geheel niet wil starten als deze eenheid kapot is. Dit is het geval bij MINI's die een thermostaat met ingebouwde sensoren voor de temperatuur van de koelvloeistof hebben. Gaat deze sensor kapot, dan start en stopt de motor direct. Het kan voorkomen dat de ECU het starten van de motor verhindert.