Ketika suatu zat meningkat suhunya, itu juga meningkat ukurannya, yang menyebabkan peningkatan tekanan berikutnya saat dikandung. Proses ini, yang disebut ekspansi termal, dapat dengan mudah menghancurkan peralatan berbasis uap panas atau air. Untuk mengatasi ekspansi termal, orang menggunakan katup pelepas termal. Katup ini memungkinkan tekanan berlebih untuk keluar dari sistem daripada menyebabkan ledakan. Katup pelepas termal umum di banyak perangkat rumah dan komersial, karena undang-undang mengharuskan penggunaannya sebagai tindakan pencegahan keselamatan dasar.
Meskipun disebut katup pelepas termal, ia beroperasi berdasarkan tekanan. Saat suhu meningkat, begitu juga tekanan internal—tekanan inilah yang menyebabkan katup terpicu. Katup pelepas panas memasuki penggunaan umum dengan ketel uap, mesin yang menggunakan panas untuk mengubah air menjadi uap, yang menciptakan tekanan positif di dalam ketel. Tekanan ini memaksa uap keluar dan melewati roda, yang berubah dari kekuatan uap yang lewat. Pembubutan menghasilkan tenaga, dan uap ditampung, dibiarkan dingin dan dimasukkan kembali ke dalam ketel.
Mesin ini rentan terhadap panas berlebih dan ledakan jika tidak dipantau dengan sangat hati-hati. Katup pelepas termal paling awal memungkinkan air keluar ketika tekanan menjadi terlalu tinggi di dalam boiler. Katup awal sangat sederhana, biasanya mengandalkan sumbat yang akan dipaksa naik dan keluar ketika tekanan menjadi terlalu tinggi. Meskipun sangat sederhana, ini masih menjadi dasar bagi banyak katup pelepas panas modern.
Sebuah katup pelepas termal bervariasi dalam ukuran berdasarkan apakah itu melepaskan air atau uap. Katup pelepas air biasanya jauh lebih kecil daripada katup pelepas uap. Ini karena tekanan didasarkan pada kuantitas. Dalam sistem berbasis uap, sebagian besar volume diambil oleh udara, sedangkan sistem air hanyalah air. Ini berarti untuk menghilangkan volume material yang sama, lebih banyak udara yang perlu dikeluarkan.
Sebagian besar waktu, seseorang akan menemukan katup pelepas termal pada bagian sistem yang bergantung pada air panas. Sementara bagian dari sistem yang berjalan dengan uap panas juga akan menghasilkan panas dan tekanan berlebih, mereka cenderung tidak memiliki sistem katup penuh. Ketika udara berada di bawah tekanan yang cukup, ia kembali ke cairan; dalam bentuk cair, dibutuhkan lebih sedikit ruang, yang menghilangkan tekanan. Dibutuhkan sejumlah besar tekanan untuk menyebabkan air kembali menjadi padat, tekanan yang jauh melebihi kebanyakan peralatan. Ini umumnya membuat tekanan berbasis air lebih berbahaya daripada berbasis uap.