На заре автомобилестроения двигатели машин имели воздушную систему охлаждения - двигатели охлаждались с помощью набегающего потока воздуха. Данная система имела нехитрое устройство, минимальное количество деталей и в большинстве случаев хорошо справлялась со своей задачей.  

Однако мощный двигатель воздушный поток охладить оказался уже не способен в виду своей низкой теплоемкости. Кроме того, двигатели современных автомобилей оказывались все более плотно упакованными внутри моторного отсека, что затрудняло доступ наружного воздуха.

Решение данной проблемы нашлось в системе водяного охлаждения, в которой  тепло от нагретых частей двигателя отводится потоком жидкости. Конечно, вода тоже не может отнимать тепло бесконечно, поэтому более правильно говорить, что в современных автомобилях используется комбинированная система охлаждения – охлаждающая жидкость охлаждает цилиндры, а затем сама охлаждается в радиаторе потоком набегающего воздуха.

Важное достоинство комбинированной системы в том, что двигатель получает равномерное и эффективное охлаждение независимо от условий эксплуатации, длительности и степени нагрузок на двигатель – система поддерживает оптимальный температурный режим постоянно.

В современных двигателях алгоритм работы системы охлаждения реализован на основе математической модели, которая учитывает различные параметры (температуру охлаждающей жидкости, температуру масла, наружную температуру и т.п.) и задает оптимальные условия включения и время работы конструктивных элементов. Типовыми элементами управления системы охлаждения являются датчик температуры охлаждающей жидкости, электронный блок управления и различные исполнительные устройства.

В зависимости от температуры двигателя, охлаждающая жидкость циркулирует по малому или большому кругу. Регулировка количества жидкости между кругами циркуляции регулируется термостатом.

При первоначальном запуске двигателя сам двигатель и охлаждающая жидкость в нем холодные. Для его ускоренного прогрева охлаждающая жидкость движется по малому кругу, минуя радиатор. Термостат при этом закрыт. Иными словами, малый круг охлаждения предназначен для быстрого введения двигателя в эффективный тепловой режим.

По мере нагрева охлаждающей жидкости термостат открывается, и охлаждающая жидкость движется по большому кругу – через радиатор. Нагретая жидкость проходит через радиатор, где охлаждается встречным потоком воздуха. При сильном нагреве жидкости на помощь радиатору приходит вентилятор, резко увеличивающий объем нагнетаемого воздуха.

После охлаждения жидкость вновь поступает в «рубашку охлаждения» двигателя. В ходе работы мотора этот цикл движения охлаждающей жидкости многократно повторяется.