熱敏電阻傳感器主要元件是熱敏電阻，當熱敏材料周圍有熱輻射時，它就會吸收輻射熱，產生溫度升高，引起材料的阻值發生變化。
1. 熱敏電阻傳感器測溫
作為測量溫度的熱敏電阻傳感器一般結構較簡單，價格較低廉。沒有外面保護層的熱敏電阻只能應用在乾燥的地方；密封的熱敏電阻不怕溼氣的侵蝕、可以使用在較惡劣的環境下。由於熱敏電阻傳感器的阻值較大，故其連接導線的電阻和接觸電阻可以忽略，因此熱敏電阻傳感器可以在長達幾千米的遠距離測量溫度中應用，測量電路多採用橋路。利用其原理還可以用作其他測溫、控溫電路等。
2. 熱敏電阻傳感器用於溫度的補償
熱敏電阻傳感器可在一定的溫度範圍內對某些元器件溼度進行補償。例如，動圈式儀表表頭中的動圈由銅線繞制而成。溫度升高，電阻增大，引起溫度的誤差。因而可以在動圈的迴路中將負溫度係數的熱敏電阻與錳銅絲電阻並聯後再與被補償元器件串聯，從而抵消內於溫度變化所產生的誤差。在電晶體電路、對數放大器中，也常用熱敏電阻組成補償電路。補償由於溫度引起的漂移誤差。
3. 熱敏電阻傳感器的過熱保護
過熱保護分直接保護利間接保護。對小電流場合，可把熱敏電阻傳感器直接串人負載中，防止過熱損壞以保護器件，對大電流場合，可用於對繼電器、電晶體電路等的保護。不論哪種情況，熱敏電阻都與被保護器件緊密結合在一起，從而使兩者之間充分進行熱交換，一旦過熱，熱敏電阻則起保護作用。例如，在電動機的定子繞組中嵌入突變型熱敏電阻傳感器並與繼電器串聯。當電動機過載時，定子電流增大，引起發熱。當溫度大於突變點時，電路中的電流可以內十分之幾毫安突變為幾十毫安，因此繼電器動作，從而實現過熱保護。
4. 熱敏電阻傳感器用於液面的測量
給NTC熱敏電阻傳感器施加一定的加熱電流，它的表面溫度將高於周圍的空氣溫度，此時它的阻值較小。當液而高於它的安裝高度時，液體將帶走它的熱量，使之溫度下降、阻值升高。判斷它的阻值變化，就可以知道液面是否低於設定值。汽車油箱中的油位報警傳感器就是利用以上原理製作的。熱敏電阻在汽車中還用於測量油溫、冷卻水混等。