當膨脹閥保持一定的開啟度穩(wěn)定工作時，作用在膜片上、下部的三個力處于平衡狀態(tài)，膜片不動，閥門的開啟度不變。而當其中一個力發(fā)生變化，就會破壞原有平衡，膜片開始位移，閥門開啟度也隨之變化，直到建立新的平衡為止。當蒸發(fā)器負荷增加，蒸發(fā)器內制冷劑氣化量增加，顯得供液量不足，蒸發(fā)器出口的制冷劑蒸汽過熱度增大，感溫包內制冷劑溫度升高，這時感溫包的壓力大于其他兩力之和，閥針向下移動，閥門開大，供液量增加。反之則彈簧力推動傳動桿向上移動，閥門關小，減小供液量。
外平衡式熱力膨脹閥有一根外部連接管，將膜片下部的空間與蒸發(fā)器出口相連接，這樣膨脹閥膜片下部的壓力就不再是蒸發(fā)器的進口壓力，而是蒸發(fā)器的出口壓力，從而可消除由于制冷劑在蒸發(fā)器中的流動阻力所引起的附加過熱度。其動作原理與內平衡式熱力膨脹閥類似，也是通過三個作用力之間的平衡，只是此時其中一個作用力不同。
熱力膨脹閥是一種利用制冷劑熱力參數(shù)來自動調節(jié)流量的節(jié)流控制元器件，被廣泛應用。但是有不足之處:
①蒸發(fā)器處的高溫氣體首先要加熱感溫包外殼，感溫包外殼有較大的熱慣性，導致反應滯后。感溫包外殼對感溫包內工質的加熱引起進一步的滯后。訊號反饋的滯后導致被調參數(shù)的周期性振蕩。
②感溫包內的壓力通過薄膜傳遞給閥針。因薄膜的加工精度及安裝均會影響它受壓產生的變形以及靈敏度，故難以實現(xiàn)高精度控制。
③因薄膜的變形量有限，使閥針開度的變化范圍較小，故流量的調節(jié)范圍較小，不能滿足使用變頻壓縮機時大流量的調節(jié)。
