發動機散熱器的工作原理是通過一系列復雜但有序的過程來實現散熱的。

首先，發動機在工作時會產生大量的熱量，為了保證其在正常溫度范圍內運行，采用強制水循環冷卻。由發動機驅動的水泵讓冷卻水在發動機各個部位循環，防凍液吸收發動機產生的熱量。而散熱器就是將這些帶有熱量的防凍液中的熱能散發到空氣中的裝置。

散熱器由上水室、下水室、散熱器芯等組成。上水室頂部有進水口，冷卻水由此注入整個冷卻系統，并由散熱器蓋蓋住。上水室和下水室內分別安裝進水管和出水管，與水泵和氣缸蓋連接，且安裝方便，有小位移也不會漏水。很多散熱器配有減震墊，下水室出水管還有排水開關。

散熱器的基本性能由多種因素決定。比如散熱器入口處空氣和水的溫度、整個散熱面積、熱通過率、每種流體吸熱和放熱后的溫度以及放熱量等。放熱量是否與要求的目標溫度一致，是決定其基本性能的基礎。

在散熱過程中，來自發動機水套的熱水會被分成許多小股，將熱量散發到周圍空氣中，增加散熱面積，加速水的冷卻。通過散熱器后，水溫可下降 10 - 15 度。

風扇安裝在散熱器后面，與散熱器共同工作。強制水冷系統的冷卻強度受發動機轉速、水泵和風扇轉速以及外部空氣溫度影響。外界溫度高、發動機低速重載時，需要較大冷卻強度，否則易過熱；外界溫度低、發動機負荷不大時，冷卻強度應較弱，否則會過冷。所以要保證發動機工作在最佳溫度，能根據使用工況變化自動調節冷卻強度。