Wraz ze wzrostem temperatury substancji zwiększa się również jej rozmiar, co powoduje dalszy wzrost ciśnienia, gdy jest zawarta. Proces ten, zwany rozszerzalnością cieplną, może łatwo zniszczyć sprzęt oparty na gorącej parze lub wodzie. Aby przeciwdziałać rozszerzalności cieplnej, ludzie stosują zawory termiczne. Zawory te pozwalają na wypłynięcie nadmiernego ciśnienia z systemu, zamiast powodowania eksplozji. Termiczny zawór nadmiarowy jest powszechny w wielu urządzeniach domowych i komercyjnych, ponieważ prawo wymaga ich stosowania jako podstawowego środka ostrożności.
Chociaż nazywa się to termicznym zaworem nadmiarowym, działa w oparciu o ciśnienie. Wraz ze wzrostem temperatury rośnie również ciśnienie wewnętrzne — to ciśnienie powoduje, że zawór uruchamia się. Termiczny zawór nadmiarowy wszedł do powszechnego użytku z kotłem parowym, maszyną, która wykorzystuje ciepło do zamiany wody w parę, która wytwarza nadciśnienie wewnątrz kotła. To ciśnienie wypycha parę i mija koło, które obraca się pod wpływem siły przepływającej pary. Obracanie wytwarza energię, a para zostaje zatrzymana, ostygnięta i ponownie umieszczona w kotle.
Maszyny te były podatne na przegrzanie i wybuchy, jeśli nie były bardzo dokładnie monitorowane. Najwcześniejsze termiczne zawory nadmiarowe umożliwiały wydostawanie się wody, gdy ciśnienie wewnątrz kotła było zbyt wysokie. Wczesne zawory były bardzo proste, zwykle opierały się na zatyczce, która była wypychana i wyciągana, gdy ciśnienie stawało się zbyt wysokie. Mimo że było to bardzo szczątkowe, nadal stanowi podstawę wielu nowoczesnych zaworów termicznych.
Termiczny zawór nadmiarowy różni się rozmiarem w zależności od tego, czy uwalnia wodę, czy parę. Zawór upustowy wody jest zwykle znacznie mniejszy niż zawór upustowy pary. Dzieje się tak, ponieważ ciśnienie zależy od ilości. W systemie opartym na parze dużą część objętości zajmuje powietrze, podczas gdy system wodny to tylko woda. Oznacza to, że aby pozbyć się tej samej objętości materiału, trzeba usunąć znacznie więcej powietrza.
W większości przypadków w części systemu, która korzysta z ciepłej wody, znajduje się termiczny zawór upustowy. Chociaż części systemów, które działają na gorącej parze, będą również generować nadmiar ciepła i ciśnienia, jest mniej prawdopodobne, że będą miały pełne systemy zaworów. Kiedy powietrze jest pod wystarczającym ciśnieniem, zmienia się w ciecz; w postaci płynnej zajmuje mniej miejsca, co usuwa ciśnienie. Potrzeba znacznego ciśnienia, aby woda zamieniła się w ciało stałe, ciśnienie znacznie przekraczające większość urządzeń. To generalnie sprawia, że ciśnienie na bazie wody jest bardziej niebezpieczne niż na bazie pary.