A medida que una sustancia aumenta de temperatura, también aumenta de tamaño, lo que provoca un aumento posterior de la presión cuando se contiene. Este proceso, llamado expansión térmica, podría destruir fácilmente el equipo a base de vapor o agua caliente. Para contrarrestar la expansión térmica, la gente usa válvulas de alivio térmico. Estas válvulas permiten que el exceso de presión salga de un sistema en lugar de causar una explosión. Una válvula de alivio térmico es común en muchos dispositivos domésticos y comerciales, ya que la ley requiere su uso como precaución básica de seguridad.
Aunque se llama válvula de alivio térmico, funciona en función de la presión. A medida que aumenta la temperatura, también lo hace la presión interna; es esta presión la que hace que la válvula se dispare. La válvula de alivio térmico entró en uso común con la caldera de vapor, una máquina que usa calor para convertir el agua en vapor, lo que crea una presión positiva dentro de la caldera. Esta presión hace que el vapor salga y pase una rueda, que gira debido a la fuerza del vapor que pasa. El torneado genera energía y el vapor se contiene, se deja enfriar y se vuelve a poner en la caldera.
Estas máquinas eran propensas a sobrecalentarse y explotar si no se controlaban con mucho cuidado. Las primeras válvulas de alivio térmico permitían que el agua saliera cuando la presión era demasiado alta dentro de la caldera. Las primeras válvulas eran muy simples, por lo general dependían de un tapón que se empujaba hacia arriba y hacia afuera cuando la presión era demasiado alta. Aunque era muy rudimentario, sigue siendo la base de muchas válvulas de alivio térmicas modernas.
Una válvula de alivio térmico varía en tamaño dependiendo de si libera agua o vapor. Una válvula de alivio de agua suele ser mucho más pequeña que una válvula de escape de vapor. Esto se debe a que la presión se basa en la cantidad. En un sistema a base de vapor, gran parte del volumen es absorbido por aire, mientras que un sistema de agua es solo agua. Esto significa que para deshacerse del mismo volumen de material, es necesario eliminar mucho más aire.
La mayoría de las veces, una persona encontrará una válvula de alivio térmico en la parte de un sistema que depende del agua caliente. Si bien las partes de los sistemas que funcionan con vapor caliente también generarán un exceso de calor y presión, es menos probable que tengan sistemas de válvulas completos. Cuando el aire está bajo suficiente presión, se convierte en líquido; en forma líquida, ocupa menos espacio, lo que elimina la presión. Se necesita una cantidad significativa de presión para que el agua vuelva a ser sólido, una presión muy superior a la de la mayoría de los equipos. Esto generalmente hace que la presión basada en agua sea más peligrosa que la basada en vapor.