膨胀箱主要用来储存冷却液。当整车大循环启动时，冷却系统中的温度和压力会上升、膨胀、增大，需要释放冷却液。此时冷却液会通过溢流管进入膨胀箱储存。同样，当大循环关闭时，冷却系统中的温度和压力会降低，膨胀水箱通过溢流管补充冷却系统的冷却液。

冷却液膨胀箱的作用是控制冷却系统的压力，避免压力过大。当发动机冷却液温度升高时，其体积会膨胀。当冷却液膨胀到一定程度时，位于冷却液膨胀箱盖内的调压阀就会打开，让一部分冷却液流出冷却系统，从而达到泄压的目的。旧款冷却系统水箱上的金属罩里也有一个调压阀，其工作原理是一样的。该阀门必须能够根据系统压力打开和关闭，否则可能导致冷却系统故障。

冷却液膨胀箱的工作原理是：当有外压的水进入膨胀箱气囊时，密封在箱内的氨气被压缩。根据波义耳气体定律，气体被压缩后体积变小，压力上升，直到膨胀罐内气体压力与水压一致，水才停止。当失水压力降低时，膨胀罐内的气体压力大于水压。此时气体膨胀挤压出气囊中的白水补充系统。