據說，最早的溫度計即是這種彩色玻璃球溫度計，是在1593年由意大利科學家伽利略(1564～1642)發明的。現在市場上也稱為伽利略溫度計，主要用于室內裝飾或作禮品收藏等用。與平常使用的溫度計不同，這種溫度計利用的則是密度差原理。簡單的說，在某一溫度下，小玻璃球的總體密度大于玻璃管中的透明液體密度，則它受到的透明液體的浮力小于它的重力，小球下沉；反之，若小玻璃球的總體密度小于玻璃管中的透明液體密度，則它受到的透明液體的浮力大于它的重力，小球上浮。

這種溫度計外部為一根玻璃管，內裝有透明液體。透明液體中又有數枚盛有不同顏色液體的密封小玻璃泡。每個小玻璃泡的底端掛有一個吊牌，上面寫著一個溫度值。由此而不同密度的盛有彩色液體的密封玻璃球置于一個玻璃容器。有些型號的伽利略彩球溫度計在外部玻璃管周圍還裝有木架或塑料架、鐵架等裝飾。

當玻璃管中的透明液體的溫度改變，它的密度會隨之改變。于是不同小球上浮或者下沉到一個與周圍的液體密度相等的位置。 如果控制各個小球的總體密度，使得總體密度最低的小球排于上方，最高的排在底部，這樣便形成可以溫度標度，用于指示溫度了。

溫度一般是讀取自一個被刻記的在各玻璃小球上的金屬圓盤。也有制造廠商說，玻璃球下方那個看似金屬質感的吊牌其實是塑料，因為常用的金屬材料太重會使得玻璃球總體密度過大而無法浮起。并且，其實玻璃小球之間幾乎沒有區別，是精準控制的吊牌重量在起著調節玻璃小球總體密度的作用。