汽車節溫器是一種自動調溫裝置，其工作原理主要依靠內部的感溫組件，通過膨脹或冷縮來開啟、關掉冷卻液的流動。

目前常用的蠟式節溫器，是靠內部石蠟的熱脹冷縮控制冷卻液循環方式。當冷卻溫度低于規定值，比如 70°C 以下，節溫器感溫體內的石蠟呈固態，在彈簧作用下節溫器閥關閉發動機與散熱器間的通道，冷卻液經水泵返回發動機，進行小循環，讓發動機快速升溫。

當冷卻液溫度達到規定值，比如 80°C 以上，石蠟開始融化成液體，體積增大壓迫橡膠管收縮，同時對推桿產生向上推力，推桿對閥門有向下反推力使閥門開啟，冷卻液經散熱器和節溫器閥，再經水泵流回發動機，進行大循環，快速散熱。

發動機工作溫度在 70 - 80°C 之間時，大、小循環同時存在。

機械式節溫器在水溫 98℃時全部打開，水溫再升高些，比如 103℃以上，散熱風扇高速運轉，水溫降至 90℃時，風扇停止運轉，節溫器關閉，進行小循環。

電子節溫器則是內部通過電子加熱控制石蠟，由發動機電腦根據水溫傳感器的信號直接控制節溫器開關，控制節溫器的開度更精準。

節溫器大多布置在汽缸蓋出水管路中，優點是結構簡單、易排出冷卻系統氣泡，缺點是工作時經常開閉，易產生振蕩現象。