Een Thames Barrier hoogwaterkering wordt in werking gesteld wanneer er hoogwater in de Noordzee wordt voorspeld en de rivierstromen bij de stuw van Teddington hoog op de getijdengrens liggen. Als het waterpeil in het centrum van Londen meer dan 4,87 meter (16,0 ft) zou kunnen bedragen, dan is dat de aanleiding.
De sluiting begint ongeveer 9 uur voordat een gevaarlijke vloed de barrière bereikt. Berichten geven de opdracht om het rivierverkeer te stoppen, de sluisdeuren te sluiten en andere riviergebruikers te waarschuwen. Naast de Thames Barrier moeten ook de kleinere poorten langs de Thames Tideway worden gesloten. Als de navigatie op de rivier is gestopt en alle poorten zijn gesloten, dan kan de Thames Tideway zelf worden gesloten. De kleinere poorten worden eerst gesloten, daarna worden de belangrijkste bevaarbare delen van de Thames Tideway achtereenvolgens gesloten. De poorten blijven gesloten tot het tij stroomafwaarts van de Thames Tideway tot hetzelfde niveau daalt als het waterniveau stroomopwaarts.
Na hevige regenval ten westen van Londen stroomt het water stroomopwaarts de Theems af (voor Londen). Omdat de rivier vanaf de Teddington-stuw helemaal door Londen stroomt, is dit alleen een probleem bij hoogwater, waardoor het overstromingswater niet naar zee kan ontsnappen. Vanaf Teddington opent de rivier zich naar de monding, en bij eb kan het veel grotere debieten vergen naarmate men verder stroomafwaarts gaat.
Als de rivier stroomopwaarts overstroomt en de poorten kort na eb worden gesloten, blijft er achter de kering een enorm leeg volume hangen dat als reservoir kan dienen om het overstromingswater dat over de stuw van Teddington komt, vast te houden. De meeste rivieroverstromingen zullen dit volume niet vullen in de paar uur dat het hoogwater is, wanneer de kering gesloten moet worden. Als de kering er niet was, zou het hoogwater dit volume in plaats daarvan opvullen, en het overstromingswater zou dan over de oevers van de rivier in Londen kunnen lopen. Ongeveer een derde van de sluitingen tot 2009 was bedoeld om overstromingen door hevige regenval ten westen van Londen te voorkomen.