首先，冰水机中外平衡式热力膨胀阀的工作是建立在力平衡的基础上。在运行冰水机组时，弹性金属膜片上部是受感温包内工质的压力P3作用，下面受蒸发器出口的压力P1与弹簧力P2的作用。膜片会在三个力的作用下，向上或向下鼓起,从而使阀孔关下或者开大，用来调节蒸发器的供液量。当进入蒸发器的液量是小于蒸发器热负荷的需要时，则蒸发器的出口蒸气的过热度增大，膜片上方的压力是大于下方的压力，这样就迫使膜片会向下鼓出，通过顶杆压缩弹簧，并把阀针顶开，使阀孔开大，则供液量增大。
反之当供液量大于蒸发器热负荷的需要时，则出口处蒸气的过热度减小，感温系统中的压力降低，膜片上方的作用力小于下方的作用力时，使膜片向上鼓出，弹簧伸长，顶杆上移并使阀孔关小，对蒸发器的供液量也就随之减少。热力膨胀阀的过热度由开启过热度和有效过热度组成，开启过热度与弹簧的预紧力有关，有效过热度与弹簧的强度及阀针的行程有关。