柴油機冷卻系統的工作原理是及時散發發動機零部件吸收的燃燒氣體產生的熱量，讓發動機保持在合適溫度下工作，延長零部件使用周期，充分發揮發動機功率。

其主要由水泵、散熱器、節溫器、風扇以及連接管件等組成。水泵對冷卻液加壓，促使其在系統中循環流動，主要由泵體、葉輪、水封等構成。安裝水泵時，齒輪傳動的要保證齒輪嚙合良好，皮帶傳動的要讓皮帶輪槽在同一條線上并調整好皮帶松緊度。

冷卻系統通過循環往復運動的冷卻液來調節發動機溫度。冷卻液通常是水和防凍液的混合物。水泵將冷卻液從發動機抽出推送到散熱器，散熱器通過自然對流或風扇輔助把熱量散發到空氣中，降低冷卻液溫度后再回流到發動機內循環。

發動機工作時，因燃油燃燒和部件摩擦產生大量熱量，零件受熱高溫。若不散熱，發動機無法正常工作。剛啟動機器時，溫度過低則要保溫盡快升溫。

冷卻系統有大循環和小循環兩種模式。水溫高時，水經過散熱器進行大循環；水溫低時，水不經過散熱器進行小循環使水溫升高，通常用節溫器控制通過散熱器的冷卻水流量。

柴油機汽缸蓋及缸體上均鑄有水套，經水泵加壓后，分水管將冷卻液輸送到汽缸水套內吸收熱量，再流入汽缸蓋水套內，通過節溫器和散熱器散熱。合適的冷卻能讓發動機適度冷卻，保持在適宜溫度范圍。過冷會增加燃油消耗、稀釋潤滑油、加劇磨損；不足則會導致發動機過熱、充氣量減少、燃燒不正常、功率下降、潤滑不良、磨損加劇。