熱式氣體質量流量計有兩個傳感器，一個是速度傳感器，一個是溫度傳感器。測量時，熱式氣體質量流量計傳感探頭插入流體中，感受流體的流速和溫度。它們同時是電子組件橋路的兩個橋臂，形成一個不平衡電橋。
通電時，熱式氣體質量流量計橋臂電流將速度傳感器加熱到高于溫度 T 一個溫差△T 的 Tu，T-Tu=△T。不平衡電橋就變成平衡電橋。此時電橋便輸出一個對應零流量的電壓，經放大電路處理，輸出流量計的下限信號為4mA；瞬時流量顯示為 000；且累積流量無累積動作發生，累積顯示保持原來的累積數字不變。
當流體流經加熱的速度傳感器時，根據熱傳導原理，將會帶走速度傳感器的一部分熱量，使熱式氣體質量流量計溫度下降，而且流量越大，帶走的熱量越多，其溫度T1下降也越大，電橋又變成一個不平衡電橋。由于橋路的反饋控制作用，總要回到平衡電橋狀態。為此，電橋必須在速度傳感器上流過與流量大小成正比的電流，使速度傳感器回到平衡狀態時的溫度 Tu。
這時橋路便輸出一個正比于流量大小的電壓信號。經電路放大、線性化處理，使輸出與流量成正比的4~20mA 之間的一個電流信號、瞬時流量顯示為直到大刻度流量的一個值，累積動作將以與瞬時流量成正比的速度進行累積。
如上所述，設速度傳感器的加熱功率為 P，速度傳感器與流體的溫差為△T，T1-T2=△T。流體的質量流速為 Pv。根據 L-V.King 定理，即流體流經加熱的熱式氣體質量流量計速度傳感器時所帶走的熱量 Q，與對速度傳感器加熱到溫度 T 的電功率 P 相等。由于橋路的反饋控制作用 T1-T2=△T 為一恒定的常數。所以橋路的輸出(決定流量計輸出的量)與流體的質量流速 Pv 成單值函數關系。特別要指出的是，由于速度傳感器的熱量是被流體中的分子所帶走的，所以速度傳感器測量的是流體的質量流速 Pv。因此只要乘以流體管道的截面積 s，便可得到流體的質量流量。
熱式氣體質量流量計有諸多優點：堅固的結構，適用于煤氣區域等工業應用；測量范圍大；準確度重復性好；響應時間快；可測量含中等固體顆粒的氣體。
