热式气体质量流量计有两个传感器，一个是速度传感器，一个是温度传感器。测量时，热式气体质量流量计传感探头插入流体中，感受流体的流速和温度。它们同时是电子组件桥路的两个桥臂，形成一个不平衡电桥。
通电时，热式气体质量流量计桥臂电流将速度传感器加热到高于温度 T 一个温差△T 的 Tu，T-Tu=△T。不平衡电桥就变成平衡电桥。此时电桥便输出一个对应零流量的电压，经放大电路处理，输出流量计的下限信号为4mA；瞬时流量显示为 000；且累积流量无累积动作发生，累积显示保持原来的累积数字不变。
当流体流经加热的速度传感器时，根据热传导原理，将会带走速度传感器的一部分热量，使热式气体质量流量计温度下降，而且流量越大，带走的热量越多，其温度T1下降也越大，电桥又变成一个不平衡电桥。由于桥路的反馈控制作用，总要回到平衡电桥状态。为此，电桥必须在速度传感器上流过与流量大小成正比的电流，使速度传感器回到平衡状态时的温度 Tu。
这时桥路便输出一个正比于流量大小的电压信号。经电路放大、线性化处理，使输出与流量成正比的4~20mA 之间的一个电流信号、瞬时流量显示为直到刻度流量的一个值，累积动作将以与瞬时流量成正比的速度进行累积。
如上所述，设速度传感器的加热功率为 P，速度传感器与流体的温差为△T，T1-T2=△T。流体的质量流速为 Pv。根据 L-V.King 定理，即流体流经加热的热式气体质量流量计速度传感器时所带走的热量 Q，与对速度传感器加热到温度 T 的电功率 P 相等。由于桥路的反馈控制作用 T1-T2=△T 为一恒定的常数。所以桥路的输出(决定流量计输出的量)与流体的质量流速 Pv 成单值函数关系。特别要指出的是，由于速度传感器的热量是被流体中的分子所带走的，所以速度传感器测量的是流体的质量流速 Pv。因此只要乘以流体管道的截面积 s，便可得到流体的质量流量。
热式气体质量流量计有诸多优点：坚固的结构，适用于煤气区域等工业应用；测量范围大；准确度重复性好；响应时间快；可测量含中等固体颗粒的气体。