当发动机运转时，水泵随之旋转，提高了冷却液的压力，促使冷却液强制循环。循环的冷却液带走了发动机缸体、缸套、缸盖等零件的热量；当冷却液温度未达到节温器的开启温度时，冷却液将通过水循环管，直接从水泵重新进入缸体，由于冷却液避免了不必要的冷却，温度将迅速上升。当冷却液温度达到节温器开启温度，节温器阀门关闭了小循环管的旁通水路，冷却液将穿过节温器流入散热器上水室，热水经风扇吸过的空气流的强制冷却，散失一部分热量。温度已经下降的冷却液，留到散热器下水室，经水泵在泵入缸体重新参加冷却循环。
当打开车上暖风装置时，在冷却系统压力的作用下，部分热水从缸盖上的出水铜管引出，进入暖风散热器，在暖风机风扇的作用下，流经暖风机散热器水芯的冷却液所带的热量，被暖风机风扇吹出的风带走，热风经过送风管吹到风窗进行除霜或从风门吹出供驾驶室取暖。由暖风机散热器冷却过的冷却液，经出水管返回水泵进水管，重新参加循环。
通过三种方式冷却：
一、强制循环式
利用水泵迫使冷却水在水套和散热器之间不断地进行循环达到散热目的。这种冷却方式工作比较可靠，冷却水循环流动得快，散热能力强，水箱容积小，一般发动机多采用这种冷却方式。
二、蒸发式
气缸体与气缸盖水套和水箱直接相通，水箱口敞开通大气，冷却水吸收受热零部件的热量后变为蒸汽，并由水蒸气把热量散发到大气中去。这种冷却方式不太可靠，冷却效果差，水消耗大，需有较大水箱，工作中要经常加水。所以大、中型发动机不宜采用。
三、热流式
利用冷却水的温差所产生的水的自然对流来实现循环(即利用热水上浮，冷水下沉特性)达到散热目的。采用这种冷却方式时，由于水的循环完全靠温差所引起的热对流来实现，所以冷却系温差较大，冷却不均匀，冷却能力不强，一旦缺水，自然对流中断，工作不可靠，故只在某些小型柴油机上和大中型拖拉机的小型汽油起动机上采用。
