水冷式冷却系统的核心组成部分是散热器。散热器位于发动机前部，通常由多排平行管道组成。冷却剂通过这些管道流动，与散热器外表面的空气进行热交换。这样，热量就会被散热器带走，冷却剂再次回到发动机中循环。散热器的设计和材料选用会直接影响其散热效果。
水泵是水冷式冷却系统中另一个重要的组成部分。水泵通常由一个轴和叶轮组成，轴通过发动机的动力传动装置驱动。当发动机运转时，水泵的叶轮旋转，将冷却剂从发动机底部抽吸出来，并将其推送到散热器。水泵的工作稳定性和流量效率对冷却系统的性能至关重要。
另外，水冷式冷却系统还包括冷却液箱、冷却液管路和节温器等组成部分。冷却液箱通常位于引擎舱内，用于储存冷却剂。冷却液管路用于将冷却剂连接到发动机和散热器之间。节温器则是负责控制冷却系统的温度，确保发动机在适宜的工作温度范围内运行。
冷却液也是水冷式冷却系统中的关键组成部分。冷却液通常是一种特殊的防冻液，它具有较高的沸点和较低的结冰点。冷却液不仅可以带走热量，还可以起到防锈和防腐的作用。同时，冷却液还需要具备良好的热传导性能和流动性能，以确保整个冷却系统的正常工作。