水飲み鳥は二つのガラスの球を管（鳥の首）で繋いだ形をしている。管は下側の球の底近くに達しているが、上側の球の端までは達していない。内部には一般的に着色されたジクロロメタン（塩化メチレン）の液体が入っている。空気は抜かれており、内部の空洞は気化したジクロロメタンで満たされている。上側の球には嘴が取り付けられ、頭部はフェルトのような材料で覆われている。多くの場合、目玉とシルクハットと尾羽で飾りつけられている。装置全体は首の回転軸で支えられており、軸のポイントは変えられる。

水を入れたコップ等が置かれ、嘴が降りたとき水に浸されるようになっていれば、水飲み鳥は水を吸収し続けてサイクルは繰り返され、頭部を湿らせるに足るだけの水がある限り動作は続く。ただし水が無くても、頭部が湿っているか、もしくは頭部と胴体の温度差が持続される場合にも動作は続く。蒸発熱なしで温度差を持続する手段としては、例えば胴体部を熱することで頭部との気圧差を作り出せばこの熱機関は駆動する。本質的なエネルギー源は周囲環境の熱であり、この玩具は永久機関ではない。