При нагревании и воздух и вода расширяются. Если трубка не запаяна, то этому расширению ничто не препятствует. Пузырёк воздуха в маленьком сосуде при расширении вытесняет часть воды, архимедова сила увеличивается, и сосуды всплывают. При охлаждении всё происходит наоборот. Если же трубка запаяна, то общий объём воды и воздуха остаётся практически неизменным, поскольку тепловое расширение стекла на много меньше, чем у воды. Сжимаемость воды существенно меньше сжимаемости воздуха, следовательно, в данном случае при нагревании вода будет расширяться, а пузырьки воздуха — сжиматься. Поэтому при нагревании запаянного термоскопа сосуды с воздухом в нём тонут, а при охлаждении — всплывают.