水冷却体系以水为冷却介质，它主要由散热器、水泵、节温器、冷却电扇、补偿水桶、发动机机体和气缸盖水套以及其他隶属设备等组成。
混合气在气缸中焚烧后所发生的很多热能，约有70%不能转为发动机的机械动能，且焚烧温度可到达2600℃，这些热能约有一半跟着废气排出发动机外，另一半则直接加在发动机机件上。
发动机必定要坚持必定的作业时分的温度（为80～90℃），各机件才干坚持正常的胀大及空隙，燃料及光滑体系也才干正常效果，因而有必要装设冷却体系，使发动机敏捷到达作业时分的温度，并从始至终坚持作业时分的温度。
冷却不良会导致发动机过热，各机件过度胀大而加快磨损，乃至咬死；但过度冷却时，会构成燃油耗费及发动机功率输出下降。
轿车发动机冷却体系为强制循环水冷体系，即使用水泵进步冷却液的压力，强制冷却液在发动机中循环活动。冷却液的循环途径受节温器的操控，依据发动机作业温度由低到高的改变，冷却液的循环途径分为小循环和大循环。
所谓小循环，便是当冷却水或冷却液温度不高于规定值（一般为80℃左右）时，受节温器操控，循环的水或冷却液不通过散热器。即水或冷却液从缸盖水套流出，经节温器当即进入水泵进水口，再由水泵送入缸体和缸盖的水套。因为水或冷却液不通过散热器，可使发动机温度敏捷升高。
所谓大循环，便是当水或冷却液温度超越规定值（一般为90℃左右）时，节温器主阀门敞开，副阀门封闭，循环水或冷却液悉数通过散热器。散热后的冷却水或冷却液在水泵的抽吸下回到缸体水套内，经缸体上平面上的水孔流入缸盖的水套中，然后从缸盖出水管再流入散热器，构成一个循环体系。因为水或冷却液活动线路长，冷却强度大，故称为大循环。
