自力式温度调节阀通过温包作为传感器，调节阀作为执行器和调节器来实现对温度的闭环自动控制。温包内充以一定量易膨胀的液体，液体的体积与温度有关。
通过给定装置和调节旋钮，可改变充有膨胀液的温包的容积，使调节阀设定在一个适当的温度值。管路或容器内温度的变化，导致温包内液体体积的变化，这一变化通过毛细管，以压力形式传递给活塞，活塞作用于阀门的阀杆上，开启或者关闭安装在管道上的调节阀。开启还是关闭是根据所得到的指令，以及阀的安全位置（常闭或常开）所决定的。使用薄壁可使噪音增加5分贝，采用厚壁管可使噪音降低0～20分贝。
调节阀还包含一个压力表，以便可以读出膨胀液的压力。温包、压力表、给定装置和调节旋钮形成调节阀的恒温器。自力式温度调节阀具体使用的例子，是调节锅炉温度。自力式温度调节阀可作为比例原件，也就是温度和阀门开度之间，有一个线性的函数关系。
自力式温度调节阀的固有特性是快开型的，这是由于自力式温度调节阀被设计成开度小的阀门，温包内装入的膨胀液也比较少。