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。
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。
冷却液由水、防冻剂、添加剂三部分组成，按防冻剂成分不同可分为酒精型、甘油型、乙二醇型等类型的冷却液。酒精型冷却液是用乙醇(俗称酒精)作防冻剂，价格便宜，流动性好，配制工艺简单，但沸点较低、易蒸发损失、冰点易升高、易燃等，现已逐渐被淘汰；甘油型冷却液沸点高、挥发性小、不易着火、、腐蚀性小，但降低冰点效果不佳、成本高、价格昂贵，用户难以接受，只有少数北欧国家仍在使用；乙二醇型冷却液是用乙二醇作防冻剂，并添加少量抗泡沫、防腐蚀等综合添加剂配制而成。由于乙二醇易溶于水，可以任意配成各种冰点的冷却液，其低冰点可达-68℃，这种冷却液具有沸点高、泡沫倾向低、粘温性能好、防腐和防垢等特点，是一种较为理想的冷却液，目前国内外发动机所使用的和市场上所出售的冷却液几乎都是这种乙二醇型冷却液。压缩机冷媒有时也被称为冷却液。
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。
酒精型冷却液是用乙醇作防冻剂，价格便宜，流动性好，配制工艺简单，但沸点较低、易挥发损失、冰点易升高、易燃等，现已逐渐被淘汰。
无机磷酸盐型缓蚀体系以磷酸盐和硼砂为主剂，不含硅酸盐。该体系对冷却系统中钢、铸铁有较好的保护作用，对铝也有一定保护作用，适合以钢、铸铁为主要材质的发动机冷却系统。但研究发现，磷酸盐在高温条件下对铝的保护作用减弱，硼砂还将促进铝合金传热腐蚀。因此，该体系不适合以铸铝合金为主要材质的发动机冷却系统。再者，磷酸盐会与硬水中的钙、镁离子结合形成絮状物沉淀，阻塞散热器盘管，造成冷却液流动不畅，产生过热现象;而且当水中磷酸根浓度超过10mg/kg时，即可产生富营养化，加重水质污染，不利于环保。因此，20世纪70年代后，发达国家对磷酸盐的使用加以严格限制，以磷酸盐为主剂的缓蚀体系逐渐被淘汰。
