自力式溫度調節閥通過溫包作為傳感器，調節閥作為執行器和調節器來實現對溫度的閉環自動控制。溫包內充以一定量易膨脹的液體，液體的體積與溫度有關。

通過給定裝置和調節旋鈕，可改變充有膨脹液的溫包的容積，使調節閥設定在一個適當的溫度值。管路或容器內溫度的變化，導致溫包內液體體積的變化，這一變化通過毛細管，以壓力形式傳遞給活塞，活塞作用于閥門的閥桿上，開啟或者關閉安裝在管道上的調節閥。開啟還是關閉是根據所得到的指令，以及閥的安全位置（常閉或常開）所決定的。

調節閥還包含一個壓力表，以便可以讀出膨脹液的壓力。溫包、壓力表、給定裝置和調節旋鈕形成調節閥的恒溫器。自力式溫度調節閥具體使用的例子，是調節鍋爐溫度。自力式溫度調節閥可作為比例原件，也就是溫度和閥門開度之間，有一個線性的函數關系。

自力式溫度調節閥的固有特性是快開型的，這是由于自力式溫度調節閥被設計成開度小的閥門，溫包內裝入的膨脹液也比較少。