O principal trabalho da válvula termostática é permitir que o motor chegue rapidamente à temperatura ideal e então mantê-la constante. Ele faz isto regulando a quantidade de água que atravessa o radiador. Em temperaturas baixas, essa passagem é completamente bloqueada, forçando todo o líquido arrefecedor contido no motor a circular somente dentro dele, com o que ele se aquece rapidamente.Uma vez que a temperatura do líquido atinja de 80° C a 90° C, a válvula termostática começa a abrir, permitindo que o líquido seja enviador para o radiador.  Quando o líquido chega a 93~103° C, a válvula está totalmente aberta.
Caso a combinação de baixa temperatura ambiente e pouca ou nenhuma utilização de potência faça o líquido arrefecedor esfriar demais, a válvula termostática se fecha, mantendo o motor em temperatura normal.





Uma válvula termostática fechada e aberta


Se você quiser, pode fazer uma experiência prática para ver uma válvula termostática em ação – parece mágica. É só colocar uma válvula numa panela com água fervente. Quando a  temperatura da válvula chegar ao ponto certo ela vai se abrir uns 2 cm. Lojas de autopeças vendem válvulas termostáticas bem baratas.
O segredo da válvula termostática está num pequeno cilindro localizado na parte da peça virada para o motor. O cilindro é preenchido com uma cera que começa a derreter em torno de 80º C (as válvulas podem se abrir a temperaturas diferentes, mas a de 80º C é a mais comum). Uma haste conectada à válvula pressiona a cera. Quando a cera derrete, ela se expande significativamente, empurrando a haste para fora do cilindro e abrindo a válvula.
**Fonte: Como Funciona