Kako se tvar povećava na temperaturi, ona se također povećava u veličini, što uzrokuje naknadno povećanje tlaka kada se zadrži. Ovaj proces, nazvan toplinsko širenje, može lako uništiti opremu koja se temelji na vrućoj pari ili vodi. Kako bi se spriječilo toplinsko širenje, ljudi koriste toplinske ventile. Ovi ventili dopuštaju da višak tlaka iscuri iz sustava umjesto da izazove eksploziju. Toplinski ventil je uobičajen na mnogim kućnim i komercijalnim uređajima, jer zakon zahtijeva njihovu upotrebu kao osnovnu sigurnosnu mjeru.
Iako se naziva toplinskim ventilom, on radi na temelju tlaka. Kako temperatura raste, raste i unutarnji tlak – to je tlak koji dovodi do pokretanja ventila. Toplinski rasterećeni ventil ušao je u uobičajenu upotrebu s parnim kotlom, strojem koji koristi toplinu za pretvaranje vode u paru, što stvara pozitivan tlak unutar kotla. Taj pritisak tjera paru van i prolazi kroz kotač, koji se okreće od sile pare koja prolazi. Okretanjem se stvara energija, a para se zadržava, ostavlja da se ohladi i vraća u kotao.
Ovi su strojevi bili skloni pregrijavanju i eksploziji ako se nisu pažljivo nadzirali. Najraniji toplinski ventili su dopuštali da voda izađe kada tlak u kotlu postane previsok. Rani ventili bili su vrlo jednostavni, obično su se oslanjali na čep koji bi se prisilno izvukao i izvadio kada bi tlak postao previsok. Iako je bio vrlo rudimentaran, to je još uvijek osnova za mnoge moderne toplinske ventile.
Toplinski rasterećeni ventil varira u veličini ovisno o tome otpušta li vodu ili paru. Ventil za ispuštanje vode obično je mnogo manji od ventila za ispuštanje pare. To je zato što se pritisak temelji na količini. U sustavu koji se temelji na pari, veliki dio volumena zauzima zrak, dok je vodeni sustav samo voda. To znači da je za uklanjanje istog volumena materijala potrebno ukloniti puno više zraka.
Većinu vremena, osoba će pronaći toplinski ventil na dijelu sustava koji se oslanja na toplu vodu. Dok će dijelovi sustava koji rade na vrućoj pari također stvarati višak topline i tlaka, manja je vjerojatnost da će imati potpune sustave ventila. Kada je zrak pod dovoljnim pritiskom, on se vraća u tekućinu; u tekućem obliku, zauzima manje prostora, što uklanja pritisak. Potrebna je značajna količina tlaka da se voda vrati u kruto stanje, tlak koji je daleko veći od većine opreme. To općenito čini tlak na bazi vode opasnijim od tlaka na bazi pare.