它的原理，是用水泵给水箱中的冷却液加压，让冷却液在水套中流动，从气缸壁吸收热量，温度升高，加热后的冷却液进入散热器，再利用冷却风扇对散热器进行吹风，快速将热量带走，最后再从散热器底部重新进入水套，以此不断循环。
由于冷却液的比热容要远远大于空气，所以，水冷系统的散热效率要比风冷强很多，而且，由于节温器的作用，还可以让发动机避免受到环境温度的影响。节温器可以随着发动机的负荷和水温大小，自动改变冷却液的流量和循环路线。
比如说在冬天冷启动之后，发动机温度很低，需要快速升温，以达到最佳的工作温度，这时候，节温器的主阀门会关闭，旁通阀开启，让冷却液在发动机内部进行小循环，其特点就是流量小、线路短，并且不经过散热器，这样就可以帮助发动机迅速升温。
而当发动机温度达到一定值，主阀门才会开启，冷却液就会经过散热器，这个时候的流量大、线路长，所以称为大循环，这种可以对发动机温度，实现精准控制的巨大优势，也是风冷系统被彻底淘汰的原因。
