PTC自恢复保险丝的动作原理是一种能量的动态平衡，流过自恢复保险丝系列元件的电流由于自恢复保险丝系列的关系产生热量，产生的热全部或部分散发到环境中，而没有散发出去的热便会提高自恢复保险丝系列元件的温度。
正常工作时的温度较低，产生的热和散发的热达到平衡。自恢复保险丝系列元件处于低阻状态，自恢复保险丝系列不动作，当流过自恢复保险丝系列元件的电流增加或环境温度升高，但如果达到产生的热和散发的热的平衡时，自恢复保险丝系列仍不动作。
当电流或环境温度再提高时，自恢复保险丝系列会达到较高的温度。若此时电流或环境温度继续再增加，产生的热量会大于散发出去的热量，使得自恢复保险丝系列元件温度骤增，在此阶段，很小的温度变化会造成阻值的大幅提高，这时自恢复保险丝系列元件处于高阻保护状态，阻抗的增加限制了电流，电流在很短时间内急剧下降，从而保护电路设备免受损坏，只要施加的电压所产生的热量足够自恢复保险丝系列元件散发出的热量，处于变化状态下的自恢复保险丝系列元件便可以一直处于动作状态（高阻）。当施加的电压消失时，自恢复保险丝系列便可以自动恢复了。