Didėjant medžiagos temperatūrai, jos dydis taip pat didėja, o tai vėliau padidina slėgį. Šis procesas, vadinamas terminiu plėtimu, gali lengvai sunaikinti karšto garo ar vandens įrangą. Norėdami užkirsti kelią šiluminiam plėtimuisi, žmonės naudoja šiluminius apsauginius vožtuvus. Šie vožtuvai leidžia pertekliniam slėgiui išeiti iš sistemos, o ne sukelti sprogimą. Šilumos apsauginis vožtuvas yra įprastas daugelyje namų ir komercinių įrenginių, nes įstatymai reikalauja, kad jie būtų naudojami kaip pagrindinė saugos priemonė.
Nors jis vadinamas terminiu apsauginiu vožtuvu, jis veikia pagal slėgį. Kylant temperatūrai, didėja ir vidinis slėgis – būtent dėl šio slėgio vožtuvas įsijungia. Šiluminis apsauginis vožtuvas pradėtas naudoti kartu su garo katilu – mašina, kuri naudoja šilumą vandeniui paversti garais, o tai sukuria teigiamą slėgį katilo viduje. Šis slėgis išstumia garą pro ratą, kuris sukasi nuo pratekančio garo jėgos. Vartymas generuoja energiją, o garai sulaikomi, leidžiami atvėsti ir grąžinami į katilą.
Šios mašinos buvo linkusios perkaisti ir sprogti, jei nebuvo labai atidžiai stebimos. Ankstyviausi šiluminiai apsauginiai vožtuvai leido vandeniui išeiti, kai slėgis katilo viduje tapo per didelis. Ankstyvieji vožtuvai buvo labai paprasti, dažniausiai priklausydavo nuo kamščio, kuris būdavo priverstas pakelti ir išstumti, kai slėgis tapdavo per didelis. Nors tai buvo labai elementaru, tai vis dar yra daugelio šiuolaikinių šiluminių apsauginių vožtuvų pagrindas.
Šiluminio apsauginio vožtuvo dydis skiriasi priklausomai nuo to, ar jis išleidžia vandenį ar garus. Vandens išleidimo vožtuvas paprastai yra daug mažesnis nei garų išleidimo vožtuvas. Taip yra todėl, kad slėgis priklauso nuo kiekio. Garų pagrindu veikiančioje sistemoje didžiąją dalį tūrio užima oras, o vandens sistemoje yra tik vanduo. Tai reiškia, kad norint atsikratyti tokio pat tūrio medžiagos, reikia pašalinti daug daugiau oro.
Dažniausiai žmogus randa šiluminį ribinį vožtuvą toje sistemos dalyje, kuri priklauso nuo karšto vandens. Nors kai kurios sistemos, veikiančios karštais garais, taip pat generuos perteklinę šilumą ir slėgį, mažesnė tikimybė, kad jose bus pilnos vožtuvų sistemos. Kai oras yra pakankamai slėgis, jis vėl virsta skysčiu; skystoje formoje jis užima mažiau vietos, todėl pašalinamas slėgis. Reikia didelio slėgio, kad vanduo vėl taptų kietas, o slėgis gerokai viršija daugumos įrenginių slėgį. Dėl to vandens slėgis paprastai yra pavojingesnis nei garų slėgis.