因為需要在內部燃燒，所以汽車發動機的工作循環是在高溫下進行的，進入汽缸的混合氣燃燒時的溫度最高可達2000攝氏度以上。在這種情況下，發動機的活塞、缸體、汽缸蓋、氣門等部件與高溫可燃混合氣接觸而強烈受熱。因此汽車發動機如果得不到有效降溫就會使其機械強度變差，同時引起汽缸充氣系數下降，造成空燃比失調，使發動機異常燃燒。
而更糟糕的是，如果汽缸內溫度過高，還可能會使混合氣過早燃燒，導致出現嚴重損害發動機的爆震現象。過高的溫度還會使潤滑油燒損及變質。高溫情況下會使汽缸內間隙變小，破壞油膜的保護，造成潤滑能力下降，嚴重時還會引起粘著磨損、卡死故障。
為了避免這些不良后果，讓發動機能夠正常運轉，我們就必須使用冷卻系統對發動機進行冷卻，使它在一個相對低溫的環境下運轉。
因此，冷卻系統的作用也就可以概括為對溫度進行合理的調節與控制，使得汽車發動機的各個部件都能夠保持正常的工作溫度，從而得到較為理想的動力輸出，減少燃油浪費。
需要指出的是，對于要盡量避免高溫的發動機來說，過度的低溫同樣會對發動機造成不良影響。
