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。
作为一种成熟的散热技术，液冷散热方式一直以来都被广泛应用于工业途径，如汽车，飞机引擎的散热。将液冷散热技术应用于计算机领域其实并非是因为风冷散热已经发展到了尽头，而是由于液体的散热速度远远大于空气，因此液冷散热器往往具备不错的散热效果，同时在噪音方面也能得到很好的控制。由于在散热效率和静音等方面有着的种种优势，在计算机风冷散热流行不久后，液冷散热也随之出现。令人可喜的是，时至今日，计算机领域的液冷散热正在普及开来，这种状况归根结于液冷的安全性和稳定性有了很大的进步。
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。
从水冷散热原理来看，可以分为主动式水冷和被动式水冷两大类。主动式水冷除了在具备水冷散热器全部配件外，另外还需要安装散热风扇来辅助散热，这样能够使散热效果得到不小的提升，这一水冷方式适合发烧DIY超频玩家使用。被动式水冷则不安装任何散热风扇，只靠水冷散热器本身来进行散热，多是增加一些散热片来辅助散热，该水冷方式比主动式水冷效果差一些，但可以做到完全静音效果，适合主流DIY超频用户采用。
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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