Sia data una sfera chiusa di vetro riempita parzialmente con liquido colorato A e sospesa entro un liquido trasparente B, alla temperatura t.
Per l'equilibrio, la spinta di Archimede S esercitata sul corpo da B, deve essere opposta al peso della sfera col suo contenuto. Ma S è uguale e contraria al peso del liquido L spostato dalla sfera ed applicata nel baricentro di L. Con l'aumentare della temperatura, si dilatano i liquidi A e B e la sfera P.
L'espansione di A comporta soltanto un lieve incremento della pressione dell'aria entro P. Il coefficiente di dilatazione di P è inferiore a quello di B, di conseguenza il liquido spostato dalla sfera diventa più leggero e diminuisce la spinta.

Per esempio, in seguito al riscaldamento, una sfera di 4 000 mm³ diventi 4 000,1 mm³ e 4 000 mm³ di liquido, che fornivano la precedente spinta, si portino a 4 004 mm³. Quindi si devono scartare 3,9 mm³ di liquido per avere la spinta attuale, che pertanto decresce; allora predomina il peso rispetto alla spinta e la sfera affonda.

Per converso, riducendo la temperatura, la spinta aumenta e la sfera si sposta verso l'alto, emergendo lievemente dalla superficie del liquido.
Alla sfera P viene incollata un'etichetta, recante il valore della temperatura t, in modo che dall'equilibrio di P si possa stabilire la temperatura di B e dell'ambiente.
A questo punto basta munirsi di sfere, uguali in volume e di peso crescente, che per stare in equilibrio necessitano di una spinta altrettanto crescente, derivante da una temperatura decrescente; ad ogni sfera viene associata la targhetta che indica la temperatura per l'equilibrio in B.

Un modo comodo per le misurazioni consiste nell'incolonnare, in un cilindro di adeguata larghezza, le sfere con le temperature decrescenti verso il basso.
Il termometro funziona in un dato intervallo di temperatura I=[t₁, t₂]. Per t < t₁, il liquido B è abbastanza denso e tutte le sfere sono situate in alto. Quando t supera t₁ (in I) si attenua la spinta, alcune sfere affondano e la temperatura è fornita dall'etichetta della sfera inferiore in equilibrio indifferente. Per t > t₂, la portata del dispositivo viene oltrepassata e tutte le sfere affondano.
Questo strumento ha un valore puramente storico, estetico e didattico perché indica soltanto i valori discreti scritti sulle etichette e richiede un tempo congruo per ricondurre la temperatura del liquido B a quella dell'ambiente.

Questo tipo di termometro è impropriamente detto di Galilei: se ne ha traccia nelle memorie dell'Accadema del Cimento, redatte da Lorenzo Magalotti; chiamato "termometro a bolle vitree", è detto anche 'infingardo' o 'pigro', per la sua lenta 'risposta' al mutamento delle condizioni di temperatura.

Il suo funzionamento si basa sul principio di Archimede, per cui il bilancio dinamico fra forza di gravità e spinta di Archimede fa sì che un corpo galleggi o affondi in un mezzo fluido a seconda che la sua densità sia minore o maggiore di quella del mezzo fluido.
La densità del liquido (alcool per esempio) contenuto nel termometro varia con la temperatura. Aumentando la temperatura il liquido si rarefà e viene ad avere una densità minore di quella precedente e via via di quella delle varie sferette di cristallo immerse, che così affondano.
Le sferette sono costruite in maniera tale da differire leggermente di massa e quindi, a parità di volume, di densità: affonda prima quella di massa maggiore e quindi di densità maggiore, e tale andare a fondo corrisponde ad una certa temperatura che fa sì che la densità del liquido diventi minore di quella di tale sferetta. Ad ogni sferetta viene quindi attaccata un'etichetta che misura proprio l'instaurarsi di quella temperatura che determina questa condizione di affondamento.

Si può trovare un'animazione e una spiegazione sul sito ppp.unipv.it, passando poi al 'patrimonio culturale', 'museo, 'sezione di fisica', 'gabinetto di fisica di Volta', 'termometro a bolle vitree', in quanto questo strumento era presente anche nella collezione di Volta a Pavia.