膨脹閥主要由感溫包、毛細管、膜片、悶座、傳動桿、閥針及調節機構等組成。在感溫包、毛細管和膜片之間組成了一個密閉空間，稱為感應機構。感應機構內充注有與制冷系統中工質相同的物質。

    內平衡式膨脹閥安裝在蒸發器的進液管上，感溫包敷設在蒸發器出口管道上，用以感應蒸發器出口的過熱溫度，自動調節膨脹閥的開度，毛細管的作用是將感溫包內的壓力傳遞到膜片上部空間。膜片是一塊厚0. 1-0. 2mm的鈹青銅合金片，通常斷面沖壓成波浪形。膜片在上部壓力作用下產生彈性變形，把感溫信號傳遞給頂針，以調節閥門的開啟度。

    蒸發器工作時熱力膨脹閥在一定開度下向蒸發器供應制冷劑液體。其工作原理是若某一時刻蒸發器的熱負荷因某種原因突然增大，使其回氣過熱度增加，此時，膨脹閥感溫包內壓力增大，膜片上部壓力上升，使膜片向下彎曲，并通過傳動桿推動閥座帶動閥針下行，使膨脹閥的節流孔開大，蒸發器的供液量隨之增加，以滿足熱負荷增加的變化；反之，若蒸發器的負荷減小，使蒸發器出口制冷劑蒸氣的過熱度減小，感溫包內壓力也隨之降低，膜片反向彎曲，在彈簧力的作用下.閥座帶動閥針上行，將節流孔關小。蒸發器的供液量隨之減少。以適應熱負荷減小的變化。