Si se estropea el termostato, el motor puede tardar mucho tiempo en alcanzar su temperatura de trabajo, o, por el contrario, sobrecalentarse con rapidez. Durante la aceleración, la temperatura del motor puede bajar de manera brusca y aumentar también bruscamente justo después de detener el vehículo. La calefacción del interior pierde eficiencia. La temperatura de la tubería inferior del radiador es otro indicativo de un termostato en mal estado: si ésta se calienta justo después de arrancar el motor, esto significa que la válvula de la pieza se ha quedado atascada en posición abierta. Mientras que si la tubería permanece fría después de que el motor haya alcanzado su temperatura de trabajo, esto indica que la válvula se ha quedado bloqueada en posición cerrada.
En algunos casos, un termostato en mal estado puede provocar que se encienda la luz indicadora "Check Engine". Por medio de un escaneo de diagnóstico se puede revelar el código de error correspondiente. Sin embargo, esto no ocurre en todos los casos, esta es la razón por la que tendrá que tener en cuenta todos los síntomas descritos anteriormente.
El motor no arrancará si esta unidad se encuentra defectuosa. Por ejemplo, esto aplicable a los coches MINI, que pueden llevar termostatos con sensores de temperatura del refrigerante incorporados. Si falla este sensor, el motor arrancará y se parará en ese mismo instante. En ocasiones, la ECU impide el arranque del motor.