Motor hlađen vodom koristi tekuću rashladnu tekućinu i hladnjak kako bi osigurao djelovanje hlađenja motora. Rashladno sredstvo se sastoji od 50 posto mješavine antifriza i vode; probija se kroz motor vodenom pumpom i probija se kroz vodeno hlađeni motor preko vodenog plašta. Većina dizajna motora s vodenim hlađenjem koristi proces lijevanja u pijesak koji proizvodi šuplji željezni ili aluminijski blok motora i glavu cilindra. Rashladna tekućina teče kroz šuplji prostor i apsorbira toplinu motora, dopuštajući tako motoru da radi na kontroliranoj temperaturi.
Ne dijele svi motori dizajn vodenog hlađenja; neki motori su hlađeni zrakom. U ovoj primjeni, velika rashladna rebra obično se ubacuju u komponente motora kako bi se zagrijavala i izvlačila iz motora. Vjetar koji prolazi kroz rashladna rebra smanjuje količinu topline koja se zadržava u motoru. Ova vrsta hlađenja nije tako učinkovita u vrućim vlažnim danima kao dizajn motora s vodenim hlađenjem.
Čak i po vrućem danu, radijator može ohladiti rashladnu tekućinu motora upuhujući zrak kroz rashladne cijevi ventilatorom. Kada se krećete brzinom na autocesti, ventilator za hlađenje nije potreban za održavanje vodeno hlađenog motora na sigurnoj radnoj temperaturi. Iako se naziva motorom s vodenim hlađenjem, većina motora ne koristi samo vodu za hlađenje. Također se koriste posebne mješavine kemikalija i aditiva poznatih kao antifriz, obično mješavina metil-glikol alkohola; antifriz je otporan na smrzavanje na temperaturama ispod nule, a otporan je i na prokuhavanje na jako visokim temperaturama.
Većina proizvođača preporučuje mješavinu 50-50 antifriza i vode kako bi se pružila najveća zaštita i motoru i rashladnom sustavu. Posebna maziva u antifrizu daju podmazivanje brtvi i ležajevima vodene pumpe. Antifriz treba mijenjati svakih nekoliko godina kako bi se pružila najbolja moguća učinkovitost i zaštita.
Svako trkaće vozilo koje koristi motor hlađen vodom mora koristiti samo vodu u sustavu hlađenja. To je zbog skliske prirode antifriza i poteškoća s čišćenjem s trkaće površine u slučaju nesreće. Voda se lako suši i brzo će ispariti kada dođe do kontakta s trkaćom površinom. Antifriz, međutim, ostaje vrlo gladak i teško ga je apsorbirati uobičajenim tvarima za sušenje ulja, kao što su suho ulje i piljevina. Antifriz iz motora hlađenog vodom također može ostati na površini gume tijekom mnogih krugova, stvarajući opasne uvjete za vozača, kao i za vozače oko pogođenog vozila na stazi.