Bộ tản nhiệt ô tô được cấu tạo từ một cặp bình chứa bằng kim loại hoặc nhựa, được liên kết bằng lõi với nhiều lối đi hẹp, tạo ra diện tích bề mặt cao so với thể tích. Lõi này thường được làm bằng các lớp tấm kim loại xếp chồng lên nhau, được ép để tạo thành các kênh và hàn hoặc hàn đồng thau với nhau. Trong nhiều năm, bộ tản nhiệt được làm từ đồng thau hoặc lõi đồng được hàn vào các đầu bằng đồng thau. Bộ tản nhiệt hiện đại có lõi nhôm và thường tiết kiệm chi phí cũng như trọng lượng bằng cách sử dụng các đầu nhựa có miếng đệm. Công trình này dễ bị hư hỏng và khó sửa chữa hơn so với vật liệu truyền thống.
Một phương pháp xây dựng trước đó là bộ tản nhiệt tổ ong. Các ống tròn được uốn thành hình lục giác ở hai đầu, sau đó xếp chồng lên nhau và hàn. Vì chúng chỉ chạm vào nhau ở hai đầu, nên thực chất nó tạo thành một bể chứa nước rắn có nhiều ống dẫn khí xuyên qua.[2]
Một số xe cổ sử dụng lõi tản nhiệt làm từ ống cuộn, cách làm kém hiệu quả hơn nhưng đơn giản hơn.
Bộ tản nhiệt lần đầu tiên sử dụng dòng chảy thẳng đứng đi xuống, chỉ được điều khiển bằng hiệu ứng nhiệt. Chất làm mát được làm nóng trong động cơ, trở nên loãng hơn và do đó dâng lên. Khi bộ tản nhiệt làm mát chất lỏng, chất làm mát trở nên đặc hơn và rơi xuống. Hiệu ứng này đủ cho các động cơ đứng yên có công suất thấp, nhưng không đủ cho tất cả các loại ô tô trừ những ô tô đời đầu. Tất cả các ô tô trong nhiều năm đều sử dụng máy bơm ly tâm để tuần hoàn chất làm mát động cơ vì tuần hoàn tự nhiên có tốc độ dòng chảy rất thấp.Một hệ thống van hoặc vách ngăn, hoặc cả hai, thường được kết hợp để vận hành đồng thời một bộ tản nhiệt nhỏ bên trong xe. Bộ tản nhiệt nhỏ này và quạt thổi đi kèm được gọi là lõi sưởi và có tác dụng làm ấm bên trong cabin. Giống như bộ tản nhiệt, lõi sưởi hoạt động bằng cách loại bỏ nhiệt khỏi động cơ. Vì lý do này, các kỹ thuật viên ô tô thường khuyên người vận hành nên bật máy sưởi và đặt ở mức cao nếu động cơ quá nóng, để hỗ trợ bộ tản nhiệt chính.
Nhiệt độ động cơ trên ô tô hiện đại chủ yếu được điều khiển bằng loại bộ điều chỉnh nhiệt dạng viên sáp, một van mở ra khi động cơ đạt đến nhiệt độ vận hành tối ưu.
Khi động cơ nguội, bộ điều nhiệt sẽ đóng ngoại trừ một dòng chảy nhỏ để bộ điều nhiệt thay đổi nhiệt độ nước làm mát khi động cơ nóng lên. Chất làm mát động cơ được bộ điều nhiệt dẫn đến đầu vào của bơm tuần hoàn và được đưa trực tiếp trở lại động cơ, bỏ qua bộ tản nhiệt. Hướng nước chỉ lưu thông qua động cơ cho phép động cơ đạt được nhiệt độ vận hành tối ưu nhanh nhất có thể đồng thời tránh được các "điểm nóng" cục bộ. Khi chất làm mát đạt đến nhiệt độ kích hoạt của bộ điều nhiệt, nó sẽ mở ra, cho phép nước chảy qua bộ tản nhiệt để ngăn nhiệt độ tăng cao hơn.
