Для того чтобы охлаждающая жидкость в двигателе прогревалась быстрее, перед выпускным патрубком системы охлаждения устанавливается термостат. На двигателях ранних выпусков (до конца 1964 г.) устанавливали сильфонный термостат (парожидкостный) с запаянным в нём гофрированным металлическим баллоном—сильфоном, который частично был заполнен легкокипящей жидкостью, жидкость эта состояла из смеси воды и этилового спирта, при этом из баллончика удалялся воздух. При увеличении температуры гофрированного баллончика до 72 ± 2° С из-за испарения жидкости баллончик увеличивал свой размер в длину и открывал клапан термостата, пропуская охлаждающую жидкость в радиатор. При температуре 84 ±2° С клапан термостата открывался полностью. Если температура понижалась, то пары смеси конденсировались и в баллончике создавалось разрежение (вакуум) и под воздействием атмосферного давления и циркулирующего потока охлаждающей жидкости баллончик уменьшал свой размер и закрывал клапан термостата.
Сильфонные парожидкостные термостаты в двигателях более поздних выпусков с герметичными системами охлаждения, в следствии чего повышено давление в системе, функционируют ненадежно. Эти термостаты меняют свою тепловую характеристику при изменяемом давлении в системе. По этой причине вместо сильфонных парожидкостных термостатов стали использоваться термостаты с наполнителем твердым. В таком термостате расположение клапана, который монтируется в корпусе, определяет термочувствительный элемент, который состоит из жесткого металлического баллона с резиновой диафрагмой. Внутри баллончика находится твердое кристаллическое вещество — церезин. При увеличении температуры баллончика церезин расплавляется и увеличивается в объёме, двигая диафрагму и плунжер, который, сжимая пружину, открывает клапан термостата.
При температуре 70 ± 2° С клапан термостата начинает открываться, а при температуре 83° С клапан открывается полностью, это характеризуется поворотом клапана на угол не менее 45°. При понижении температуры баллончика клапана термостата закрывается с помощью возвратной пружины. При замене термостата парожидкостного на современный термостат с твердым наполнителем нужно менять его вместе с выпускным патрубком системы охлаждения, так как у термостатов разные посадочные места и они не взаимозаменяемы.