Bộ điều nhiệt là một loại thiết bị điều chỉnh nhiệt độ tự động, thường chứa một bộ phận cảm biến nhiệt độ, bằng cách giãn nở hoặc co lại để bật và tắt dòng chất lỏng làm mát, nghĩa là tự động điều chỉnh nước vào bộ tản nhiệt theo nhiệt độ của chất lỏng làm mát, thay đổi phạm vi tuần hoàn của chất lỏng làm mát, để điều chỉnh khả năng tản nhiệt của hệ thống làm mát.
Bộ điều nhiệt động cơ chính là bộ điều nhiệt loại sáp, được điều khiển bởi parafin bên trong thông qua nguyên lý giãn nở nhiệt và co lại khi lạnh để kiểm soát sự lưu thông chất làm mát. Khi nhiệt độ làm mát thấp hơn giá trị quy định, parafin tinh chế trong thân cảm biến nhiệt độ bộ điều nhiệt ở trạng thái rắn, van bộ điều nhiệt dưới tác động của lò xo đóng kênh giữa động cơ và bộ tản nhiệt, chất làm mát thông qua bơm nước để trở về động cơ, động cơ chu kỳ nhỏ. Khi nhiệt độ của chất làm mát đạt đến giá trị quy định, parafin bắt đầu tan chảy và dần trở thành chất lỏng, thể tích tăng lên và ép ống cao su để làm cho nó co lại. Đồng thời, ống cao su co lại và tác dụng lực đẩy lên trên vào thanh đẩy. Thanh đẩy có lực đẩy xuống trên van để làm cho van mở. Lúc này, chất làm mát chảy qua bộ tản nhiệt và van bộ điều nhiệt, sau đó chảy trở lại động cơ thông qua bơm nước để lưu thông lớn. Hầu hết bộ điều nhiệt được bố trí trong đường ống thoát nước của đầu xi lanh, có ưu điểm là cấu trúc đơn giản và dễ xả bọt khí trong hệ thống làm mát; Nhược điểm là bộ điều chỉnh nhiệt độ thường xuyên đóng mở khi làm việc, gây ra hiện tượng dao động.
Khi nhiệt độ vận hành của động cơ thấp (dưới 70°C), bộ điều nhiệt tự động đóng đường dẫn đến bộ tản nhiệt và mở đường dẫn đến bơm nước. Nước làm mát chảy ra khỏi áo nước đi vào bơm nước trực tiếp qua ống mềm và được bơm nước đưa đến áo nước để tuần hoàn. Vì nước làm mát không bị bộ tản nhiệt tản ra nên nhiệt độ làm việc của động cơ có thể tăng nhanh. Khi nhiệt độ làm việc của động cơ cao (trên 80°C), bộ điều nhiệt tự động đóng đường dẫn đến bơm nước và mở đường dẫn đến bộ tản nhiệt. Nước làm mát chảy ra khỏi áo nước được bộ tản nhiệt làm mát và sau đó được bơm nước đưa đến áo nước, giúp cải thiện cường độ làm mát và ngăn động cơ quá nhiệt. Lộ trình chu trình này được gọi là chu trình lớn. Khi nhiệt độ vận hành của động cơ nằm trong khoảng từ 70°C đến 80°C, các chu trình lớn và nhỏ tồn tại cùng một lúc, tức là một phần nước làm mát cho chu trình lớn và một phần nước làm mát khác cho chu trình nhỏ.
Chức năng của bộ điều nhiệt ô tô là đóng xe trước khi nhiệt độ chưa đạt đến nhiệt độ bình thường. Lúc này, chất lỏng làm mát của động cơ được bơm nước đưa trở lại động cơ, và tuần hoàn nhỏ trong động cơ được thực hiện để làm cho động cơ nóng lên nhanh chóng. Khi nhiệt độ vượt quá mức bình thường có thể mở ra, để chất lỏng làm mát qua toàn bộ vòng két nước tản nhiệt để tuần hoàn lớn, do đó tản nhiệt nhanh chóng.
