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。水冷散热系统大的特点有两个：均衡CPU的热量和低噪声工作。
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。
液冷还有一个很重要的好处就是液体的热容量大，温升慢，有利于计算机在出现突发事件时确保不会瞬间烧毁CPU。
从开机后，温度缓慢上升，而风冷的温度是很快上升到一个稳定值，而在CPU有大型运算等突发事件时，尖峰可能会瞬间突破CPU的温度上限。而液冷则可以将这个尖峰很好的过滤掉，CPU的安全。
符合国家标准的冷却液，沸点通常都是超过105℃，比起水的沸点100℃，冷却液能耐受更高的温度而不沸腾（开锅），在一定程度上满足了高负荷发动机的散热冷却需要。
冷却液是水冷式发动机正常工作的工作介质。
若发动机过热，就会导致充气效率降低，发动机功率下降；使早燃、爆燃倾向加大，过早损坏零部件；恶化运动件之间的润滑，加剧其磨损等。
若发动机过冷，就会导致进入气缸的混合气品质差，使发动机功率下降，燃料消耗增加；燃烧生成物中的酸性物质腐蚀零部件；未燃的燃料冲刷和稀释运动件表面的润滑油膜，使其磨损加剧。这就要求使用者了解冷却液的性能特点，掌握冷却液的正确使用方法。
冷却液由水、防冻剂、添加剂3部分组成，按防冻剂成分不同可分为酒精型、甘油型、乙二醇型等类型冷却液。
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