Se o termóstato avariar, o motor pode demorar muito tempo a atingir a temperatura de funcionamento ou, pelo contrário, sobreaquecerá rapidamente. Durante a aceleração, a temperatura do motor pode diminuir abruptamente, e aumentar igualmente de forma abrupta logo após parar o veículo. O radiador interno torna-se menos eficiente. A temperatura do tubo inferior do radiador é outra indicação de um termóstato em funcionamento incorreto: se aquecer logo após ligar o motor, significa que a válvula da peça bloqueou aberta. Enquanto, se o tubo permanecer frio após o motor ter atingido a sua temperatura de funcionamento, isto indica que a válvula bloqueou fechada.
Em alguns casos, um termóstato a funcionar incorretamente podem levar ao acender da luz de aviso de verificação do motor. Ativar o diagnóstico pode revelar o código de erro correspondente. Contudo, isto nem sempre acontece, motivo pelo qual continua a precisar de considerar os sinais descritos acima.
Se esta unidade avariar, o motor não funcionará de todo. Por exemplo, isto é relativo aos carros Mini, que têm termóstatos com sensores de temperatura do líquido de refrigeração integrados. Se este sensor avariar, o motor arrancará e estagnará imediatamente. Por vezes, o sistema de controlo do motor bloqueia o arranque do motor.