Ko se snov zviša na temperaturi, se poveča tudi v velikosti, kar povzroči naknadno povečanje tlaka, ko jo zadržujemo. Ta proces, imenovan toplotno raztezanje, lahko zlahka uniči opremo na osnovi vroče pare ali vode. Da bi preprečili toplotno raztezanje, ljudje uporabljajo toplotne razbremenilne ventile. Ti ventili omogočajo, da odvečni tlak odteka iz sistema, namesto da povzroči eksplozijo. Toplotni razbremenilni ventil je pogost na številnih domačih in komercialnih napravah, saj zakon zahteva njihovo uporabo kot osnovni varnostni ukrep.
Čeprav se imenuje termični razbremenilni ventil, deluje na podlagi tlaka. Ko se temperatura poveča, se poveča tudi notranji tlak – ravno ta tlak povzroči, da se ventil sproži. Toplotni razbremenilni ventil je vstopil v običajno uporabo pri parnem kotlu, stroju, ki s toploto pretvori vodo v paro, ki ustvarja pozitiven tlak v kotlu. Ta pritisk sili paro ven in mimo kolesa, ki se obrne od sile prehajajoče pare. Z obračanjem nastane moč, para pa se zadrži, pusti, da se ohladi in vrne v kotel.
Ti stroji so bili nagnjeni k pregrevanju in eksploziji, če niso bili zelo skrbno nadzorovani. Najzgodnejši toplotni razbremenilni ventili so omogočali iztekanje vode, ko je tlak v kotlu postal previsok. Zgodnji ventili so bili zelo preprosti, običajno so se zanašali na čep, ki bi bil prisiljen dvigniti in izklopiti, ko je tlak postal previsok. Čeprav je bil zelo rudimentaren, je to še vedno osnova za številne sodobne toplotne razbremenilne ventile.
Toplotni razbremenilni ventil se razlikuje po velikosti glede na to, ali sprošča vodo ali paro. Vodni ventil je običajno veliko manjši od ventila za izpust pare. To je zato, ker tlak temelji na količini. V sistemu, ki temelji na pari, večji del prostornine prevzame zrak, medtem ko je vodni sistem le voda. To pomeni, da je treba odstraniti veliko več zraka, da se znebite enake količine materiala.
Večino časa bo oseba našla toplotni razbremenilni ventil na delu sistema, ki se opira na toplo vodo. Medtem ko bodo deli sistemov, ki delujejo na vročo paro, ustvarili tudi odvečno toploto in tlak, je manj verjetno, da bodo imeli popolne sisteme ventilov. Ko je zrak pod zadostnim pritiskom, se vrne v tekočino; v tekoči obliki zavzame manj prostora, kar odpravlja pritisk. Potreben je precejšen pritisk, da se voda vrne v trdno snov, tlak, ki je veliko večji kot pri večini opreme. Zaradi tega je tlak na vodni osnovi nevarnejši od tlaka na osnovi pare.