Um motor refrigerado a água usa líquido refrigerante e um radiador para fornecer a ação de resfriamento do motor. O refrigerante consiste em uma mistura de 50% de anticongelante e água; ele é forçado através do motor por uma bomba d’água e segue seu caminho através do motor refrigerado a água através da camisa d’água. A maioria dos projetos de motores refrigerados a água usa um processo de fundição em areia que produz um bloco de motor oco de ferro ou alumínio e cabeça do cilindro. O líquido refrigerante flui através do espaço oco e absorve o calor do motor, permitindo que o motor opere a uma temperatura controlada.
Nem todos os motores compartilham o design de refrigeração a água; alguns motores são refrigerados a ar. Nesta aplicação, grandes aletas de resfriamento são tipicamente fundidas nos componentes do motor para dissipar o aquecimento e para fora do motor. O vento que passa pelas aletas de resfriamento reduz a quantidade de calor retido no motor. Esse tipo de resfriamento não é tão eficaz em dias quentes e úmidos quanto o projeto do motor resfriado a água.
Mesmo em um dia quente, um radiador é capaz de resfriar o líquido de arrefecimento do motor soprando ar pelos tubos de arrefecimento com um ventilador de arrefecimento. Ao se mover em velocidades de rodovia, o ventilador não é necessário para manter o motor refrigerado a água em uma temperatura operacional segura. Embora seja chamado de motor refrigerado a água, a maioria dos motores não usa apenas água para se resfriar. Também são utilizadas misturas especiais de produtos químicos e aditivos conhecidos como anticongelantes, normalmente uma mistura de álcool metil-glicol; anticongelante resiste ao congelamento em temperaturas abaixo de zero, ao mesmo tempo que resiste à fervura em altas temperaturas.
A maioria dos fabricantes recomenda uma mistura de 50-50 de anticongelante e água para dar maior proteção ao motor e ao sistema de arrefecimento. Lubrificantes especiais no anticongelante fornecem lubrificação às vedações e rolamentos da bomba de água. O anticongelante deve ser trocado a cada poucos anos para oferecer o melhor desempenho e a proteção máxima possível.
Qualquer veículo de corrida com motor refrigerado a água deve usar apenas água no sistema de refrigeração. Isso se deve à natureza escorregadia do anticongelante e à dificuldade em limpá-lo da superfície de corrida em caso de acidente. A água seca facilmente e evapora em pouco tempo quando o contato é feito com a superfície de corrida. O anticongelante, entretanto, permanece muito escorregadio e é difícil de absorver com substâncias secantes de óleo comuns, como óleo seco e serragem. O anticongelante de um motor refrigerado a água também pode permanecer na superfície do pneu por muitas voltas, criando uma condição perigosa para o motorista, bem como para os motoristas ao redor do veículo afetado na pista.