O controle de temperatura no sistema de arrefecimento é realizado através da válvula termostática, mantendo o motor na temperatura adequada de funcionamento.

Com a válvula termostática fechada o motor atinge rapidamente sua temperatura ideal de funcionamento. O líquido de arrefecimento circula somente no motor, pois a válvula termostática está fechando a passagem que vem do radiador.

Com o aquecimento do motor, a válvula termostática abre gradativamente a passagem de água refrigerada do radiador, e fecha a passagem do circuito do motor.

Cada motor, dependendo de sua fabricação, do tipo de combustível que utiliza, trabalha com uma temperatura específica, por isso, usa uma válvula termostática específica.

Quando o motor atingir a temperatura normal de funcionamento, o sistema de arrefecimento estará sob uma pressão entre 1,0 e 1,5 bar, o que faz com que o ponto de ebulição da água mude de 100º C para 125ºC. Como conseqüência disto, o motor pode trabalhar com pontos internos de temperatura superiores a 100ºC, sem que exista o perigo da formação de vapor de água no sistema.