As válvulas de expansão termostática regulam o fluxo de refrigerante no interior dos evaporadores; a injeção de líquido é controlada pelo sobreaquecimento do líquido refrigerante que atua sobre o elemento termostático, bulbo, da própria válvula. As válvulas de expansão termostática são dispositivos de laminação entre o lado de alta pressão e o lado de baixa pressão de um sistema de refrigeração e asseguram que a quantidade de refrigerante que flui para o evaporador é idêntica à quantidade de refrigerante que evapora no próprio evaporador.
Se o sobreaquecimento efetivo for superior ao valor definido, a válvula alimenta o evaporador com uma maior quantidade de refrigerante; se o sobreaquecimento efetivo for inferior ao valor definido, a válvula reduz a quantidade de fluido refrigerante que flui para o evaporador. Desta forma, é alcançado o rendimento máximo do evaporador e não existe o perigo de o refrigerante no estado líquido poder chegar ao compressor.
As válvulas de expansão termostáticas são utilizadas em sistemas de refrigeração, por exemplo, em expositores de supermercados, balcões frigoríficos, máquinas de gelo e máquinas de gelado, sistemas de ar condicionado, sistemas de bombas de calor e refrigeradores.