Термометр Галілея є герметичною скляною посудиною циліндричної форми, заповненою прозорою рідиною. Усередині судини розміщено кілька невеликих скляних поплавців еліптичної форми, заповнених фарбованою рідиною. До кожного поплавця прикріплена металева бирка зі значенням температури.
Залежно від зміни температури навколишнього повітря поплавці всередині циліндра виринають або тонуть. Поточне значення температури визначається по нижньому з поплавків, що спливли.