Die Grafik des Regelkreises für eine thermostatische Regelung zeigt die Zusammenhänge.

Über den Ventilkopf des Thermostatventils wird die der Sollwert eingestellt. Er entspricht einer angestrebten Raumtemperatur. Wenn die Solltemperatur nicht erreicht ist (Istwert) bleibt das Ventil geöffnet. Das Heizwasser mit seiner Vorlauftemperatur fließt in den Heizkreis und gibt über dessen Fläche Wärme an den Raum ab. Am Rücklauf des Heizkreises verlässt kühleres Wasser das System. Die Raumtemperatur wird vom Ausdehnungskörper gemessen und führt zu dessen Ausdehnung. Des Ausdehnungskörpers schließt mit steigender Temperatur stetig das Ventil bis der Sollwert erreicht ist. Ein geöffnetes Fenster oder Tür kann zur Abkühlung des Raumes führen. Diese Störgröße führt zum Zusammenziehen des Ausdehnungskörpers und das Ventil wird wieder geöffnet.