水冷散热系统利用泵使散热管中的冷却液循环并进行散热。在散热器上的吸热部分（在液冷系统中称之为吸热盒）用于从电脑CPU、北桥、显卡上吸收热量。吸热部分吸收的热量通过在机身背面设计的散热器排到主机外面。
水冷这种昂贵而复杂的散热方式对于PC来说是强的可操作型散热器（液氮等制冷方式无法付诸于实际使用），具有探索精神的超频玩家几年前就已经开始使用它创造超频极限纪录，产品本身也从早期的自制型转变到由厂商设计定型批量生产，并且进入零售渠道销售。随着生产规模的扩大以及设计制造经验的逐渐积累，目前我们已经能购买到相当便宜的水冷散热器，它们的身价已经不再会是想当初那样甚至超过用户CPU和主板价格总和，并且除了价格方面的诱惑力之外，新的水冷散热产品的人性化设计也有长足的进步，种种原因促成了如今水冷散热器能够进入普通DIY玩家机箱内的态势。
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。
水冷散热系统大的特点有两个：均衡CPU的热量和低噪声工作。由于水的比热容超大，因此能够吸收大量的热量而保持温度不会明显的变化，水冷系统中CPU的温度能够得到好的控制，突发的操作都不会引起CPU内部温度瞬间大幅度的变化，由于换热器的表面积很大，所以只需要低转速的风扇对其进行散热就能起到不错的效果，因此水冷大多搭配转速较低的风扇，此外，水泵的工作噪声一般也不会很明显，这样整体的散热系统与风冷系统相比就非常的安静了。
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。
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。
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