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。
当今个人计算机散热领域中，风冷散热器虽然基本脱离了高噪音暴力散热的怪圈，但却普遍朝着大体积，多热管，还有超重量的方向发展，这对用户在散热器的实际使用和安装方面带来了很大不便，同时也对电脑配件的承重承压能力带来很大的考验。鉴于上述后风冷时代所出现的困境，液冷散热器渐渐的被广大电脑用户所接受。
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。
水箱用来存储循环液，回流的循环液在这里释放掉CPU的热量，低温的循环液重新流入管道，如果CPU的发热功率较小，利用水箱内存储的大容量的循环液就能循环液温度不会有明显的上升，如果CPU功率很大，则需要加入换热器来帮助散发CPU的热量，这里的换热器就是一个类似散热片的东西，循环液将热量传递给具有超大表面积的散热片，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。
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