Genleşme valfi, çevrimdeki iki basınç bölgesini ayırır: yüksek basınç tarafındaki sıvı akışkan valfin küçük açıklığından geçerken basıncı ve sıcaklığı düşer, kısmen buharlaşır ve evaporatöre soğuk bir sıvı–buhar karışımı olarak girer. Valf olmasa evaporatör ya sıvıyla dolar (kompresöre sıvı gider) ya da akışkana aç kalır (kapasite düşer).
Termostatik genleşme valfi (TXV), evaporatör çıkışındaki boruya bağlı bir duyar elemanla sıcaklığı ölçer ve kızgınlığı sabit (genellikle 5–8 K) tutacak kadar açılır–kapanır. Yük artınca daha çok akışkan gönderir, azalınca kısar; elektriksiz, mekanik ve güvenilirdir. İç ya da dış dengelemeli ve her akışkan için ayrı orifisli modelleri vardır.
Yanlış seçilmiş ya da yanlış ayarlanmış valf en sık görülen arıza kaynağıdır: çok büyük valf avlanır (sürekli açılıp kapanır), çok küçük valf kapasiteyi düşürür; duyar eleman yanlış yere bağlanırsa kızgınlık yanlış okunur. Servis, kızgınlık ölçerek valfi ayarlar. Elektronik genleşme valfi (EEV), aynı işi adım motoruyla ve bir kontrol cihazıyla yaparak daha hassas ve verimli bir alternatif sunar.