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。
水冷散熱系統大的特點有兩個：均衡CPU的熱量和低噪聲工作。由于水的比熱容超大，因此能夠吸收大量的熱量而保持溫度不會明顯的變化，水冷系統中CPU的溫度能夠得到好的控制，突發的操作都不會引起CPU內部溫度瞬間大幅度的變化，由于換熱器的表面積很大，所以只需要低轉速的風扇對其進行散熱就能起到不錯的效果，因此水冷大多搭配轉速較低的風扇，此外，水泵的工作噪聲一般也不會很明顯，這樣整體的散熱系統與風冷系統相比就非常的安靜了。
從水冷散熱原理來看，可以分為主動式水冷和被動式水冷兩大類。主動式水冷除了在具備水冷散熱器全部配件外，另外還需要安裝散熱風扇來輔助散熱，這樣能夠使散熱效果得到不小的提升，這一水冷方式適合發燒DIY超頻玩家使用。被動式水冷則不安裝任何散熱風扇，只靠水冷散熱器本身來進行散熱，多是增加一些散熱片來輔助散熱，該水冷方式比主動式水冷效果差一些，但可以做到完全靜音效果，適合主流DIY超頻用戶采用。
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，所以這部分的作用與風冷的散熱片的作用是相同的，不同之處就在于水冷塊留有循環液通過的水道而且是完全密閉的，這樣才能循環液不外漏而引起電器的短路。
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。
水道全都遵循一個非常簡單的設計理念。一個銅或鋁片，上面有一些散熱片。水進入到這里，在里面按照一個模式四處流動，模式被設計為使流過含有熱量的水量大化。在純銅底坐上增加金屬隔板，將液體切割成N個部分進行充分制冷，通過吸收增加金屬隔板上的熱量來達到增加散熱面積的效果，對水流沒有任何約束。
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