Vodno hlajen motor uporablja tekoče hladilno tekočino in radiator za zagotavljanje hladilnega delovanja motorja. Hladilna tekočina je sestavljena iz 50 odstotkov mešanice antifriza in vode; skozi motor ga potiska vodna črpalka in se prebije skozi vodno hlajen motor preko vodnega plašča. Večina modelov vodno hlajenih motorjev uporablja postopek litja v pesek, ki proizvaja votli železni ali aluminijasti blok motorja in glavo cilindra. Hladilna tekočina teče skozi votli prostor in absorbira toploto motorja ter tako omogoča delovanje motorja pri nadzorovani temperaturi.
Vsi motorji nimajo skupne zasnove vodnega hlajenja; nekateri motorji so zračno hlajeni. V tej aplikaciji so velika hladilna rebra običajno vstavljena v sestavne dele motorja, da odvajajo toploto in odvajajo iz motorja. Veter, ki prehaja skozi hladilna rebra, zmanjša količino toplote, ki se zadrži v motorju. Ta vrsta hlajenja v vročih vlažnih dneh ni tako učinkovita kot zasnova vodno hlajenega motorja.
Tudi v vročem dnevu lahko radiator ohladi hladilno tekočino motorja s pihanjem zraka mimo hladilnih cevi s hladilnim ventilatorjem. Ko se premikate z avtocestnimi hitrostmi, hladilni ventilator ni potreben za vzdrževanje vodno hlajenega motorja pri varni delovni temperaturi. Čeprav se imenuje vodno hlajen motor, večina motorjev ne uporablja samo vode za hlajenje. Uporabljajo se tudi posebne mešanice kemikalij in dodatkov, znanih kot antifriz, običajno mešanica metil-glikolnega alkohola; antifriz je odporen na zmrzovanje pri temperaturah pod ničlo, hkrati pa je odporen tudi na prevretje pri zelo visokih temperaturah.
Večina proizvajalcev priporoča mešanico antifriza in vode 50-50, ki zagotavlja največjo zaščito tako motorju kot hladilnemu sistemu. Posebna maziva v antifrizu zagotavljajo mazanje tesnil in ležajev vodne črpalke. Antifriz je treba zamenjati vsakih nekaj let, da zagotovite najboljšo možno učinkovitost in končno zaščito.
Vsako dirkalno vozilo, ki uporablja vodno hlajen motor, mora v hladilnem sistemu uporabljati samo vodo. To je posledica spolzke narave antifriza in težav pri čiščenju z dirkalne površine v primeru nesreče. Voda se zlahka posuši in v kratkem času izhlapi, ko pride do stika z dirkalno površino. Antifriz pa ostaja zelo gladek in ga je težko absorbirati z običajnimi snovmi za sušenje olja, kot sta suho olje in žaga. Antifriz iz vodno hlajenega motorja lahko ostane tudi na površini pnevmatike več krogov, kar povzroči nevarno stanje tako za voznika kot tudi za voznike okoli prizadetega vozila na stezi.