A válvula de expansão está localizada diretamente em frente do evaporador no interior do ar condicionado. Antes de o refrigerante, também chamado fluido de trabalho, entrar no evaporador e evaporar em ar frio, passa primeiro pela válvula de expansão. Esta tem a tarefa de arrefecer o refrigerante e passar a quantidade certa de líquido para o evaporador. Antes de o líquido entrar na válvula de expansão, está normalmente a ferver. No interior do aparelho, a pressão e a temperatura do fluido frigorigéneo são consideravelmente reduzidas. As válvulas de expansão termostáticas também regulam a quantidade que chega ao evaporador: só deve ser fornecida a quantidade de líquido que pode ser evaporada de cada vez. No entanto, as válvulas de expansão não se encontram em todos os sistemas de ar condicionado: em alguns sistemas, em vez disso, um chamado acelerador está permanentemente instalado em frente ao evaporador.