冷却系统的主要工作是将热量散发到空气中以防止发动机过热，但冷却系统还有其他重要作用。汽车中的发动机在适当的高温状态下运行状况最好。如果发动机变冷，就会加快组件的磨损，从而使发动机效率降低并且排放出更多污染物。因此，冷却系统的另一重要作用是使发动机尽快升温，并使其保持恒温。

汽车冷却系统分为两种类型：

液冷和风冷，液冷汽车的冷却系统通过发动机中的管道和通路进行液体的循环。当液体流经高温发动机时会吸收热量，从而降低发动机的温度。液体流过发动机后，转而流向热交换器(或散热器)，液体中的热量通过热交换器散发到空气中。风冷某些早期的汽车采用风冷技术，但现代的汽车几乎不使用这种方法了。这种冷却方法不是在发动机中进行液体循环，而是通过发动机缸体表面附着的铝片对气缸进行散热。一个功率强大的风扇向这些铝片吹风，使其向空气中散热，从而达到冷却发动机的目的。因为大多数汽车采用的是液冷，管道系统汽车中的冷却系统中有大量管道。

泵将液体输送至发动机缸体后，液体便开始在气缸周围的发动机通道里流动。接着，液体又通过发动机的气缸盖返回恒温器位于液体流出发动机的位置。如果恒温器关闭，则液体将经过恒温器周围的管道直接流回到泵。如果恒温器打开，液体将首先流入散热器，然后再流回泵。

加热系统也有一个单独的循环过程。该循环从气缸盖开始输送液体，使其流经加热器风箱，然后又流回泵。对于配备有自动变速器的汽车，通常会有一个独立的循环过程来冷却内置于散热器的变速器油液。变速器油液由变速器通过散热器内另一个热交换器抽吸得到。液体汽车可以在远低于零摄氏度到远高于38℃的宽泛温度范围内工作。

因此，不管使用何种液体对发动机进行降温，其必须具有非常低的凝固点、很高的沸点以及能吸收大量热量。水是吸收热量的最有效的液体之一，但水的凝固点太高，不适用于汽车发动机。大多数汽车使用的液体是水和乙二烯乙二醇的混合液(c2h6o2)，也称为防冻液。通过将乙二烯乙二醇添加到水中，可以显著提高沸点、降低凝固点。

每当发动机运转时，水泵就会使液体进行循环。类似于汽车中使用的离心泵水泵运转时通过离心力将液体输送到外面，并从中部持续抽吸液体。泵的入口位于离中心较近的位置，因此从散热器返回的液体可以接触到泵叶片。泵叶片将液体送至泵的外部，液体由这里进入发动机。从泵流出的液体首先流经发动机缸体和气缸盖，然后流入散热器，最后返回到泵。发动机发动机缸体和气缸盖具有许多通过铸造或机械加工而成的通道，以便于液体流动。

如果这些管道当中液体的流动很平稳，则只会直接冷却与管道接触的液体。从管道中流动的液体传导至管道热量的多少取决于管道和接触管道的液体之间的温度差异。因此，如果与管道接触的液体得到快速冷却，那么传输的热量会比较少。通过在管道内制造湍流，混合所有液体，将与管道接触的液体保持高温以吸收更多热量，从而使管道内的全部液体得到有效地利用。

变速器冷却器跟散热器内的散热器很相似，不同的只是油液不是与空气交换热量，而是与散热器当中的冷却液交换热量。压力水箱盖压力水箱盖可以将冷却液的沸点提高25℃。

恒温器的主要作用是使发动机快速升温，并保持恒温。它是通过调节流经散热器的水量而实现的。在低温情况下，散热器的出口将完全被阻塞，即所有的冷却液经由发动机进行再次循环。冷却液的温度一旦升高到82-91℃之间，恒温器便会打开，从而使液体流经散热器。当冷却液的温度达到93-103℃时，恒温器将一直保持打开状态。

冷却风扇与恒温器类似，必须对冷却风扇加以控制以使发动机保持恒温。前轮驱动汽车装有电扇，因为发动机通常横向安装，即发动机的输出朝向汽车的一侧。

风扇可以通过恒温开关或发动机计算机进行控制，这些风扇将在温度升高到超过设定点时打开。当温度降到低于设定点时，这些风扇将会关闭。冷却风扇配备纵向发动机的后轮驱动汽车通常装有发动机驱动冷却风扇。这些风扇具有恒温控制粘性离合器。该离合器位于风扇的中心，被散热器流出的气流所包围。这类特殊的粘性离合器有时更像是全轮驱动汽车的粘性耦合器。当汽车过热时，打开所有车窗，并且在全速运转风扇时运行加热器。这是因为加热系统实际上是一个二级冷却系统，可以反映汽车上主冷却系统的情况。

加热器管道系统位于汽车仪表板的暖气风箱实际上是一种小型散热器。该加热器风扇使空气流过暖气风箱，然后再进入汽车的乘客舱。加热器风箱类似于一种小型散热器。加热器风箱从气缸盖吸取出热的冷却液，然后又使其重新流回泵中，因此，加热器在恒温器打开或关闭时均可以运行。