節溫器是根據冷卻水溫度的高低自動調節進入散熱器的水量，改變水的循環范圍，以調節冷卻系的散熱能力，保證發動機在合適的溫度范圍內工作。
節溫器必須保持良好的技術狀態，否則會嚴重影響發動機的正常工作。如節溫器主閥門開啟過遲，就會引起發動機過熱；主閥門開啟過早，則使發動機預熱時間延長，使發動機溫度過低。
目前節溫器的結構主要是蠟式節溫器，當冷卻溫度低於規定值時，節溫器感溫體內的精致石蠟呈固態，節溫器閥在彈簧的作用下關閉發動機與散熱器之間的通道，冷卻液經水泵返回發動機，進行發動機內小循環。當冷卻液溫度達到規定值後，石蠟開始融化逐漸變為液體，體積隨之增大並壓迫橡膠管使其收縮。在橡膠管收縮的同時對推桿作用以向上的推力，推桿對閥門有向下的反推力使閥門開啟。這時冷卻液經由散熱器和節溫器閥，再經水泵流回發動機，進行大循環。節溫器大多數佈置在汽缸蓋出水管路中，這樣的優點是結構簡單，容易排出冷卻系統中的氣泡；缺點是節溫器在工作時經常開閉，產生振蕩現象。