水冷器的工作原理主要基於水的高熱容量和良好的導熱性，通過水循環將熱量從發熱源傳輸到散熱器，再通過不同的方式將熱量散發到環境中，從而實現冷卻的目的。以下是詳細介紹：
在水冷式冷卻器中，熱介質通過筒體上的接管進口流入，經過曲折的路徑流至接管出口，而冷卻介質（水）則通過雙管程流動，即水從進水口進入分水蓋，流入冷卻器管，再經過回水蓋流入另一半的冷卻器管，最後流經出水管。冷介質在雙管程流過程中吸收熱介質釋放的熱量，然後排出，以維持工作介質的溫度。
對於水冷散熱器，液體沿著管道流動並覆蓋散熱片，吸收計算機組件的熱量，隨後被泵送到散熱器中釋放熱量。液冷散熱系統包括水冷塊、循環液、水泵、管道和水箱或換熱器，其中水冷塊是一個內部留有水道的金屬塊，與發熱源（如CPU）接觸並吸收其熱量，循環液、水泵和管道組成閉合迴路，使液體在水冷系統中循環，水箱或換熱器用於存儲和釋放熱量。
此外，水冷空調等設備也利用了相似的工作原理，通過水循環吸收熱量，然後將熱量釋放到外部環境中。