Termiczny zawór rozprężny jest zwykle urządzeniem mechanicznym w systemie klimatyzacyjnym lub chłodniczym, który reguluje ciśnienie materiału chłodniczego. W tych systemach zawory rozprężne termiczne mogą być uważane za urządzenia pomiarowe, które jednocześnie monitorują i kontrolują ilość czynnika chłodniczego używanego przez system chłodzenia w dowolnym momencie. Wraz ze zmianą temperatury w pomieszczeniu zmienia się również ilość czynnika chłodniczego niezbędna do utrzymania pożądanej temperatury. Termiczny zawór rozprężny kontroluje zmienne poziomy czynnika chłodniczego.
W wielu systemach chłodzenia czynnik chłodniczy jest utrzymywany w postaci cieczy w jednej komorze i uwalniany jako gaz w drugiej. To działanie napędza proces chłodzenia, wyciągając ciepło z tej przestrzeni, aby zmienić fazę czynnika chłodniczego z ciekłej na gazową iz powrotem do ciekłej. Termiczny zawór rozprężny to zwykle punkt w układzie chłodzenia, w którym ciecz jest uwalniana, aby stać się gazem i rozpocząć proces chłodzenia.
Ta część procesu zwykle zależy od temperatury elementów wewnętrznych w całym układzie chłodzenia. Typowy termiczny zawór rozprężny zawiera element zwany termometrem. Komora ta jest wypełniona niewielką ilością ciekłego czynnika chłodniczego, która jest izolowana od temperatury powietrza i połączona bezpośrednio z systemem wężownic, przez które przepływa czynnik chłodniczy, zwykle nazywanym parownikiem. W przypadku wystąpienia zmian temperatury, zmiana temperatury ma wpływ na żarówkę termiczną poprzez jej połączenie z termicznym zaworem rozprężnym i resztą układu chłodzenia.
Ponieważ temperatura zmienia się w całym systemie, zwłaszcza w parowniku, wskazuje to na zmianę temperatury chłodzonej przestrzeni. Materiał w bańce termicznej musi rozszerzać się i kurczyć wraz ze zmianą temperatury, ponieważ bańka termiczna zachowuje stały rozmiar pomimo zmian temperatury. Wyższe temperatury w układzie chłodzenia wymuszają rozszerzanie się cieczy i gazu wewnątrz bańki termicznej. To rozprężanie wymusza otwarcie zaworu, umożliwiając przepływ większej ilości czynnika chłodniczego do parownika. Z drugiej strony, niższe temperatury powodują, że ciecz w termometrze kurczy się, co powoduje zamknięcie zaworu i przepuszczanie mniejszej ilości czynnika chłodniczego.
Instalacja termicznych zaworów rozprężnych jest zwykle uważana za integralną część systemów chłodniczych i klimatyzacyjnych praktycznie dowolnej wielkości. Wiele systemów chłodzenia zawiera co najmniej jeden termiczny zawór rozprężny, ponieważ uważa się je za dość dokładne i spójne pod względem funkcjonalności. Systemy, które nie wykorzystują termicznego zaworu rozprężnego, są często uważane za niedokładne lub niespójne.