下水管与发动机接口的管道内，把管子拔掉就能看见节温器。节温器感温体内的精致石蜡呈固态，节温器阀在弹簧的作用下关闭发动机与散热器之间的通道，冷却液经水泵返回发动机，进行发动机内小循环。当冷却液温度达到规定值后，石蜡开始融化逐渐变为液体，体积随之增大并压迫橡胶管使其收缩。在橡胶管收缩的同时对推杆作用以向上的推力，推杆对阀门有向下的反推力使阀门开启。这时冷却液经由散热器和节温器阀，再经水泵流回发动机，进行大循环。节温器大多数布置气缸盖出水管路中，这样的优点是结构简单，容易排除冷却系统中的气泡；缺点是节温器在工作时经常开闭，产生振荡现象。
有些驾驶员和修理工认为，节温器装或不装其作用不大，这一说法是错误的，天气较为寒冷时，不装节温器会使暖机时间增长的同时，而发动机温度过低，使可燃混合气体点燃困难或燃烧推迟，另外，发动机温度较低，由于机油粘度较大，各部位得不到很好的润滑，会加剧发动机零部件的磨损，并直接导致功率下降和燃油消耗的增加。