Los grifos termostáticos permiten obtener una temperatura constante del agua que suministran, regulando de forma automática los caudales de la mezcla de agua fría y caliente, independiente de la temperatura y en gran medida también de la presión de las líneas de suministro.[1]​ Disponen de dos mandos con funciones claramente diferenciadas: uno para el caudal y otro para la temperatura.

Aunque existen grifos termostáticos para todas las aplicaciones, su uso se ha generalizado básicamente en la ducha y en el baño-ducha, por la evidente comodidad que supone disponer de agua siempre a la misma temperatura, aunque se abra y cierre el grifo o se varíe el caudal de la misma.

La pieza clave de un grifo termostático es el regulador alrededor del que fluye el agua mezclada. Consta de un alambre bimetálico enrollado en forma de resorte helicoidal, o bien de una cápsula llena de parafina, denominada elemento de expansión de cera. Ambos tipos de reguladores cambian de longitud de forma proporcional a los cambios de temperatura que experimentan. Las versiones que utilizan un cable bimetálico normalmente se pueden diseñar con cambios de longitud más amplios, lo que redunda en una mayor precisión en el control de la temperatura del agua.[2]​.

Si las condiciones del agua de entrada cambian (temperatura o caudal), el regulador se contrae o alarga, abriendo o cerrando gradualmente los orificios que dan paso al caudal de las tuberías de entrada del agua fría y de la caliente.

La temperatura del agua caliente se puede mantener constante, con un margen de error del sistema de control de aproximadamente un grado Celsius. Al igual que en el caso de los grifos de agua caliente sanitaria, los termostatos suelen estar equipados con un mecanismo de bloqueo en la palanca de funcionamiento, que debe desbloquearse para seleccionar temperaturas superiores a 38 °C. Algunos termostatos tienen un botón de ahorro de agua, que debe desbloquearse para obtener el máximo caudal posible.

Por regla general, se disponen válvulas antirretorno tanto en el suministro de agua fría como en el de agua caliente, con el fin de evitar un cortocircuito hidráulico entre la red de agua fría y la caliente, que de otro modo se produciría al conectar las dos redes en el grifo termostático.[3]​[4]​.

Existen diseños especiales en los que la cámara de mezcla está rodeada de agua fría, de modo que la grifería siempre permanece fría desde fuera, evitando posibles quemaduras al tocar el grifo cuando en la red de suministro se utiliza agua caliente a temperaturas muy elevadas.