水冷散熱系統利用泵使散熱管中的冷卻液循環并進行散熱。在散熱器上的吸熱部分（在液冷系統中稱之為吸熱盒）用于從電腦CPU、北橋、顯卡上吸收熱量。吸熱部分吸收的熱量通過在機身背面設計的散熱器排到主機外面。
一套典型的水冷散熱系統具有以下部件：水冷塊、循環液、水泵、管道和水箱或換熱器。水冷塊是一個內部留有水道的金屬塊，由銅或鋁制成，與CPU接觸并將吸收CPU的熱量。循環液由水泵的作用在循環的管路中流動，如果液體是水，就是我們俗稱的水冷系統。吸收了CPU熱量的液體就會從CPU上的水冷塊中流走，而新的低溫的循環液將繼續吸收CPU的熱量。水管連接水泵、水冷塊和水箱，其作用是讓循環液在一個密閉的通道中循環流動而不外漏，讓液冷散熱系統正常工作。水箱用來存儲循環液，換熱器就是一個類似散熱片的裝置，循環液將熱量傳遞給具有大表面積的散熱片，散熱片上的風扇則將流入空氣的熱量帶走。
一體式水冷真正的優勢在于它處理CPU瓦數的能力比任何風冷散熱器都要高得多，并且不受機箱內高溫的影響。如果用于低功率CPU，水冷散熱器在CPU降溫上并不比優良的風冷散熱器強多少。但當你使用產生大量熱量的或極度超頻CPU的時候，就算一個小小的DIY水冷系統都將讓CPU溫度保持在相當低的水平。分類
從水冷的安裝方式來看，又可以分為內置水冷和外置水冷兩種。對于內置水冷而言，主要由散熱器、水管、水泵、足夠的水源組成，這就注定了大部分水冷散熱系統“體積”較大，而且要求機箱內部空間足夠寬余。外置水冷散熱器方面，由于其散熱水箱以及水泵等工作元件全部安排在機箱之外，不僅減少了機箱內空間的占用，而且能夠獲得更好的散熱效果。
水箱用來存儲循環液，回流的循環液在這里釋放掉CPU的熱量，低溫的循環液重新流入管道，如果CPU的發熱功率較小，利用水箱內存儲的大容量的循環液就能循環液溫度不會有明顯的上升，如果CPU功率很大，則需要加入換熱器來幫助散發CPU的熱量，這里的換熱器就是一個類似散熱片的東西，循環液將熱量傳遞給具有超大表面積的散熱片，散熱片上的風扇則將流入空氣的熱量帶走。
散熱器的性能對于一款水冷來說起著關鍵的作用，甚至可以用散熱排的性能來衡量一款水冷。硬件性能的提升帶來的大發熱量，已不再只是CPU的專利，GPU的來勢兇猛已遠超CPU，北橋、硬盤、供電等硬件的發熱量均不可小視，為多熱源同時散熱，發熱量。單12CM散熱排恐怕已經不能滿足，現如今市面上的24CM、36CM的散熱器已成主流，用戶可以根據自己的散熱需要來選擇不同尺寸的散熱器。
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