上圖為頂部裝樣式的熱重分析儀結構示意圖。爐體為加熱體，在一定的溫度程序下運作，爐內可通以不同的動態氣氛（如N2、Ar、He等保護性氣氛，O2、air等氧化性氣氛及其他特殊氣氛等），或在真空或靜態氣氛下進行測試。在測試進程中樣品支架下部連接的高精度天平隨時感知到樣品當前的重量，并將數據傳送到計算機，由計算機畫出樣品重量對溫度／時間的曲線（TG曲線）。當樣品發生重量變化（其原因包括分解、氧化、還原、吸附與解吸附等）時，會在TG曲線上體現為失重（或增重）臺階，由此可以得知該失/增重過程所發生的溫度區域，并定量計算失/增重比例。若對TG曲線進行一次微分計算，得到熱重微分曲線（DTG曲線），可以進一步得到重量變化速率等更多信息。