Jeśli termostat ulegnie awarii, osiągnięcie przez silnik temperatury roboczej może zająć wiele czasu, lub wręcz przeciwnie silnik może szybko się przegrzać. Podczas przyspieszania temperatura silnika może gwałtownie spaść, a następnie gwałtownie wzrosnąć zaraz po zatrzymaniu samochodu. Ogrzewanie wnętrza staje się mniej wydajne. Kolejną oznaką uszkodzenia termostatu jest temperatura dolnej rury chłodnicy: jeśli nagrzeje się zaraz po uruchomieniu silnika, oznacza to, że zawór urządzenia zablokował się w pozycji otwartej. Z kolei gdy rura jest zimna po osiągnięciu przez silnik temperatury roboczej, oznacza to, że zawór zablokował się w pozycji zamkniętej.
W niektórych przypadkach uszkodzony termostat może spowodować zapalenie się kontrolki „Check Engine” na desce rozdzielczej. Skanowanie diagnostyczne może ujawnić odpowiedni kod błędu. Nie dzieję się tak jednak we wszystkich przypadkach, dlatego należy wciąż uwzględnić opisane powyżej objawy.
Zdarza się, że silnik w ogóle się nie uruchomi, jeśli urządzenie jest uszkodzone. Dotyczy to na przykład samochodów marki MINI, które posiadają termostaty z wbudowanymi czujnikami temperatury płynu chłodzącego. Jeśli czujnik ulegnie awarii, silnik odpali się, ale zaraz potem zgaśnie. Czasami sterownik silnika (ECU) blokuje rozruch silnika.