一套典型的水冷散热系统具有以下部件：水冷块、循环液、水泵、管道和水箱或换热器。水冷块是一个内部留有水道的金属块，由铜或铝制成，与CPU接触并将吸收CPU的热量。循环液由水泵的作用在循环的管路中流动，如果液体是水，就是我们俗称的水冷系统。吸收了CPU热量的液体就会从CPU上的水冷块中流走，而新的低温的循环液将继续吸收CPU的热量。水管连接水泵、水冷块和水箱，其作用是让循环液在一个密闭的通道中循环流动而不外漏，让液冷散热系统正常工作。水箱用来存储循环液，换热器就是一个类似散热片的装置，循环液将热量传递给具有大表面积的散热片，散热片上的风扇则将流入空气的热量带走。
水冷散热与风冷散热其本质是相同的，只是水冷利用循环液将CPU的热量从水冷块中搬运到换热器上再散发出去，代替了风冷散热的均质金属或者热管，其中的换热器部分又几乎是风冷散热器的翻版。
水冷散热器的散热性能与其中散热液(水或其他液体)流速成正比，制冷液的流速又与制冷系统水泵功率相关。而且水的热容量大,这就使得水冷制冷系统有着很好的热负载能力。相当于风冷系统的5倍,导致的直接好处就是CPU工作温度曲线非常平缓。比如，使用风冷散热器的系统在运行CPU负载较大的程序时会在短时间内出现温度热尖峰，或有可能超出CPU警戒温度，而水冷散热系统则由于热容量大，热波动相对要小得多。
水冷块是一个内部留有水道的金属块，由铜或铝制成，与CPU接触并将吸收CPU的热量，所以这部分的作用与风冷的散热片的作用是相同的，不同之处就在于水冷块留有循环液通过的水道而且是完全密闭的，这样才能循环液不外漏而引起电器的短路。
水道全都遵循一个非常简单的设计理念。一个铜或铝片，上面有一些散热片。水进入到这里，在里面按照一个模式四处流动，模式被设计为使流过含有热量的水量大化。在纯铜底坐上增加金属隔板，将液体切割成N个部分进行充分制冷，通过吸收增加金属隔板上的热量来达到增加散热面积的效果，对水流没有任何约束。
散热器的性能对于一款水冷来说起着关键的作用，甚至可以用散热排的性能来衡量一款水冷。硬件性能的提升带来的大发热量，已不再只是CPU的专利，GPU的来势凶猛已远超CPU，北桥、硬盘、供电等硬件的发热量均不可小视，为多热源同时散热，发热量。单12CM散热排恐怕已经不能满足，现如今市面上的24CM、36CM的散热器已成主流，用户可以根据自己的散热需要来选择不同尺寸的散热器。
