Kolorowe banieczki wewnątrz szklanego cylindra pokazują, jaka jest temperatura w pomieszczeniu. Od temperatury otoczenia zależy, ile baniek pływa a ile leży na dnie cylindra.
Szklane bańki są napełnione kolorowymi cieczami, w różnych ilościach i dodatkowo wyważone małymi odważnikami. Całkowita masa baniek jest tak dobrana, aby siła wyporu, pochodząca od cieczy w cylindrze była w przybliżeniu równa ich ciężarowi. Jeśli zwiększa się temperatura otoczenia, to ciecz w cylindrze (np. alkohol) rozszerza się, czyli jej gęstość maleje. Siła wyporu działająca na bańki maleje (gdyż ich objętość, w odróżnieniu od cieczy w cylindrze, zmienia się niewiele) i niektóre bańki toną.
Gorzej jest, jeśli temperatura jest zbyt niska lub zbyt wysoka. Wtedy wszystkie bańki albo pływają na samej górze, albo toną.
Gęstość cieczy i ciał stałych zmienia się wraz z temperaturą w sposób liniowy, tzn. wraz ze wzrostem temperatury gęstość maleje proporcjonalnie, co jest opisywane równaniem:
gdzie B jest objętościowym współczynnikiem rozszerzalności cieplnej, a T0 jest temperaturą początkową. Dla wody B wynosi ok. 0,21·10-3 K-1, dla szkła - 0,01·10-3 K-1 - 0,03·10-3 K-1, a dla alkoholu izopropylowego: 1,1·10-3 K-1 (alkohol izopropylowy jest częstym składnikiem budowanych termometrów Galileusza). Im mniejszy jest objętościowy współczynnik rozszerzalności cieplnej, tym mniejsze są zmiany gęstości. Stąd widać, że zmiany gęstości (wraz z temperaturą) szklanych pojemniczków są znikomo małe w stosunku do cieczy. Z dobrym przybliżeniem możemy stwierdzić, że ze wzrostem temperatury ciecz się rozszerza, czyli staje się lżejsza (w jednostce objętości) a szklane banieczki - nie, więc toną.
W rzeczywistości pierwszy termometr Galileusza, zbiornik z cieczą i cienką rurką był bardzo podobny do nadal używanych rtęciowych termometrów lekarskich.
