暖气片恒温控制阀由恒温控制器和阀体组成。工作原理是用户将恒温控制器调到所需的设定温度。当室内温度超过设定温度时，恒温控制器内的温度袋受热膨胀，体积增大。推动阀杆将阀门调低，减少暖气片的流入，使室温达到设定温度。当室内温度低于设定温度时，温度袋因寒冷而收缩，体积减小。阀芯中的回位弹簧将阀杆推回，使阀门开得更大，增加暖气片的进口流量，直到室温达到设定值。
恒温控制器根据其温度袋的位置可分为内置型和遥控型。因为温度球感知周围空气的温度，而温度控制阀的调节作用也是由温度球的体积变化引起的，所以温度球的位置对于温度控制阀的正确使用非常重要。大多数情况下，当需要调节该组暖气片所在房间的室内温度时，建议使用温度袋内置的温度控制阀。在一些特定的情况下，比如这一组的暖气片被暖气片盖盖住，温控阀位于盖内，或者温控阀的关闭范围内有其他热源，如炉灶、强光照明灯等。此时温度袋感受到的是周围的局部高温，而不是准确的室温，所以采用远程恒温控制器为宜。在一些特殊的系统中，如水平单管下游系统，只有组暖气片可以配备温控阀，用户主要可以调节客厅或主卧的温度，也可以使用远程温控阀在客厅或主卧放置温度传感器，采集其温度进行调节。
