目前汽车发动机的冷却广泛采用水冷式。令发动机高温部件的热量通过缸套、缸盖传导给周围水套内的冷却水，然后将冷却水所吸收的热量散人外界大气中。发动机正常工作时水套内刚水温应保持在80～90℃左右。
目前汽车发动机多采用强制循环水冷系统。发动机气缸盖和气缸体中都有水套。水泵将冷却水从机外吸入加压，使冷水在水套内流动，带走邻近部件的热量。冷却水吸热后自身温度升高，进入车前端的散热器(水箱)内。由于汽车前进和风扇的抽吸，外界冷空气通过散热器，带走散热器内冷却水的热量并送入大气。当散热器中的冷却水得到冷却后，在水泵的作用下，再次进入水套。如此循环不已地冷却了发动机的高温部件。
为了保证发动机在不同负荷、转速以及在不同季节下在最适宜的温度范围内工作，有些汽车还设置了百叶窗、节温器和风扇离合器等。
散热器位于汽车前端(个别的在车尾)汽车前进时的迎风处，上下端各有一个贮水室，其间用众多细的冷却管相连。冷却管大多采用扁圆形截面。为了强化冷却效果，在冷却管外套上布置了许多金属散热片，以增加散热面积和散热器本身的刚度和强度。由冷却管和散热片组成的部件称作散热器芯。以上介绍的结构称之为管片式散热器芯。
另一种被广泛使用的是管带式散热器芯，它是由波纹状散热带和冷却管相间排列经焊接而成。在散热带上开有扰动气流的小翅，以提高散热能：力。由于这种形式的散热效果好，便于制造，质量小，故被广泛采用。缺点是结构强度不如管片式。
小循环冷却液流动路线是：节温器-旁通阀-水泵-分水管-缸体水套缸盖水套-节温器；
大循环冷却液流动路线是：散热器-水泵-分水管-缸体水套缸盖水套-节温器-散热器。
节温器的作用是随柴油机负荷和水温的大小改变冷却液的循环强度（路线和流量），同时能缩短柴油机的热起时间，减少柴油机的功率消耗和零部件的磨损。
简单点来说，对于节温器，内部有温感材料（一般为乙醚或石蜡），随着水温的变化，能自动调整冷却液去到散热器和水泵的冷却液流量。一般，当水温低于83度左右时，冷却液不去冷却器而直接回水泵；当温度高于95度左右时，冷却液几乎全部回散热器冷却后再到达水泵进口；当温度介于上述温度之间时，根据节温器阀口大小，自动调整冷却液去到散热器和水泵的流量。
