冷卻塔冷卻水的過程屬熱質傳遞過程。被冷卻的水用噴嘴、布水器或配水盤分配至冷卻塔內部填料處，大大增加水與空氣的接觸面積。空氣由風機、強制氣流、自然風或噴射的誘導效應而循環。部分水在等壓條件下吸熱而汽化，從而使周圍的液態水溫度下降。

圖10-1的空氣焓濕圖中反映逆流式冷卻塔中水與空氣的溫度關系。水溫從A點降到B點，空氣狀態從C點升到D點，Δh則為空氣焓值的增加。冷卻塔進出口水溫差(twA - twB)為冷卻塔的冷卻范圍。在穩態系統中，如冷卻塔與換熱器的水量相等,此值亦為換熱器中水的溫度升高值。因此，冷卻塔的冷卻范圍由熱負荷及水流量決定，而不是由冷卻塔的尺寸或熱容量而定。

冷卻塔出口水溫twB與入口空氣濕球溫度ts之差(twB-tsc)，表示與濕球溫度的接近程度，或簡稱冷幅。此值為冷卻塔容量的函數，水、空氣流量、入口空氣狀態、熱負荷一定時，大的冷卻塔該值就小(出口水溫低)。