Ein Thermostatventil ist ein Temperaturregler, der einen Durchfluss abhängig von der gemessenen Temperatur proportional verändert, um die eingestellte Temperatur konstant zu halten.
Es gibt in der Technik verschiedensten Arten und Ausführungen von Thermostatventilen. Ein im Alltag bekanntes ist der Heizkörperthermostat zur Regelung der Heizkörper-Temperaturen einer Gebäudeheizung. Weitere häufige Anwendungen von Thermostatventilen sind selbstregelnde Mischbatterien an Dusche oder Badewanne, Backofenthermostate an Gasherden, Kühlkreisläufe und Kältemaschinen.
Als Messfühler und Aktor dienen häufig Bimetall- oder flüssigkeitsgefüllte Ausdehnungselemente.