Bahan kerja termometer klinis adalah air raksa. Bohlamnya memiliki volume yang jauh lebih besar dibandingkan tabung kapiler di atasnya. Karena pengaruh suhu tubuh, merkuri dalam umbi mengalami sedikit perubahan; pemuaian air raksa menyebabkan perubahan signifikan pada panjang kolom air raksa di dalam tabung.
Suhu tubuh manusia bervariasi antara 35 derajat dan 42 derajat, sehingga skala termometer klinis dibagi menjadi 35 derajat hingga 42 derajat, dengan masing-masing derajat dibagi lagi menjadi 10 bagian, sehingga termometer dapat akurat hingga 1/10 derajat. Saat melakukan pembacaan, termometer harus dikeluarkan dari ketiak atau mulut, pada titik ini suhu bohlam akan turun. Untuk memastikan bahwa pembacaan tetap mewakili suhu tubuh, diperlukan desain khusus: tabung yang sangat tipis di antara bohlam dan tabung kaca lurus-penyempitan. Bagian bawah termometer, dekat bohlam, mempunyai leher melengkung yang sangat sempit. Saat mengukur suhu tubuh, merkuri dalam bohlam mengembang seiring dengan kenaikan suhu, dipaksa melalui tabung penyempitan ke dalam tabung lurus, naik dari leher ke posisi tertentu di dalam tabung. Ketika kesetimbangan termal tercapai dengan suhu tubuh, kolom merkuri tetap konstan. Ketika suhu di luar rendah, volume merkuri akan menyusut saat bersentuhan dengan udara dingin, dan pecah pada bagian leher yang sempit dan melengkung. Hal ini mencegah merkuri dalam tabung tipis mengalir kembali ke dalam bohlam, menjaga ketinggian yang dicapai kolom merkuri saat bersentuhan dengan tubuh. Oleh karena itu, ketika keluar dari tubuh tetap menunjukkan suhu tubuh. Setelah digunakan, termometer klinis harus "dikembalikan" dengan menggoyangkan bagian atas termometer ke bawah secara paksa agar air raksa yang naik ke dalam tabung kembali ke bohlam. Termometer lain tidak boleh diguncang; inilah perbedaan utama antara termometer klinis dan termometer cair lainnya.
