Le détendeur sépare les deux zones de pression du cycle : en passant par le petit orifice de la vanne, le fluide liquide du côté haute pression voit sa pression et sa température chuter, s’évapore partiellement et entre dans l’évaporateur sous forme d’un mélange liquide–vapeur froid. Sans détendeur, l’évaporateur soit se remplit de liquide (du liquide va au compresseur), soit manque de fluide (la puissance baisse).
Le détendeur thermostatique (TXV) mesure la température par un bulbe fixé sur le tube de sortie de l’évaporateur et s’ouvre ou se ferme juste assez pour maintenir la surchauffe constante (généralement 5–8 K). Quand la charge augmente, il envoie plus de fluide ; quand elle baisse, il réduit ; il est mécanique, fiable et sans électricité. Il existe en versions à égalisation interne ou externe et avec un orifice distinct pour chaque fluide.
Un détendeur mal choisi ou mal réglé est la source de panne la plus fréquente : un détendeur trop grand pompe (s’ouvre et se ferme sans cesse), un trop petit réduit la puissance ; si le bulbe est fixé au mauvais endroit, la surchauffe est mal lue. Le dépanneur règle le détendeur en mesurant la surchauffe. Le détendeur électronique (EEV) fait le même travail avec un moteur pas à pas et un régulateur, offrant une alternative plus précise et plus efficace.