水冷系统一般由膨胀水箱、散热器、水泵、风扇、水套和温度调节器组成。水冷式发动机的气缸盖和气缸体铸造有水套汽车冷却系统，该系统储存冷却液并相互连通。它的作用是使冷却液接近被加热的高温部件并在其中循环。水泵的冷却液被散热器吸入，通过配水管流入发动机水套。冷却液在水套中吸热后，沿着水管进入散热器。借助风扇的强大吸力，气流从前向后穿过散热器，带走冷却液的热量。

在栗子的压力下，冷却后的冷却液通过水管压入水套，使发动机在高温下工作的零件不断得到冷却，保证发动机的正常运转。水冷系统配有温度调节装置，其作用是保证发动机在不同负荷和转速下工作在最合适的温度范围，如百叶窗、恒温器等。

通常水冷系统中冷却液有两条循环流动路线:冷却液温度低时，冷却液只在水泵和水套中循环，不经过散热器，防止发动机过冷，称为小循环；当冷却液温度高时，冷却液通过散热器循环，防止发动机过热，这就是所谓的大循环。