Différentes parties du moteur, comme les cylindres, atteindraient des températures très élevées dues à la combustion si un àircuit de conduits d’eau ne venait pas les refroidir.
Ce circuit d’eau a pour but d’empêcher l’huile de graissage d’atteindre une trop haute température, ce qui provoquerait une vaporisation de l’huile.
L’élément de départ, le radiateur comporte une série de tubes composés d’ailettes offrant une grande surface à l’air, ce qui accélère le refroidissement. A vitesse lente et par temps chaud, le contact de l’air est insuffisant ; un ventilateur est entraîné par le vilebrequin du moteur à l’aide d’une courroie qui alimente la batterie ainsi que la pompe à eau. Ces ventilateurs absorbent une partie de la puissance du moteur, aussi sont ils actionnés par un système indépendant, moteur électrique, ou à pas variable fonctionnant uniquement lorsque le moteur est chaud. La circulation d’eau entre le radiateur et le bloc moteur se fait par une pompe à eau. L’eau circule dans les conduits de refroidissement, abaisse la température de l’huile et des cylindres puis, revient chaude ah radiateur. Un thermomètre indique la température à un point du circuit et un thermostat régularise. Une soupape située à la sortie de la culasse laisse passer plus ou moins l’eau jusqu’à température acceptable.
L’eau refroidissant le bloc moteur gèle à 0, ce qui peut entraîner non seulement l’arrêt de refroidissement du moteur, mais des dommages plus importants, la dilatation de l’eau sous l’effet du gel pouvant fendre le radiateur ou même le bloc moteur. Un liquide chimique appelé antigel abaisse le point de congélation de l’eau.