Les radiateurs automobiles sont constitués d'une paire de réservoirs collecteurs en métal ou en plastique, reliés par un noyau avec de nombreux passages étroits, donnant une surface élevée par rapport au volume. Ce noyau est généralement constitué de couches empilées de tôle, pressées pour former des canaux et soudées ou brasées ensemble. Pendant de nombreuses années, les radiateurs étaient fabriqués à partir de noyaux en laiton ou en cuivre soudés à des collecteurs en laiton. Les radiateurs modernes ont des noyaux en aluminium et permettent souvent d'économiser de l'argent et du poids en utilisant des collecteurs en plastique avec des joints. Cette construction est plus sujette aux défaillances et moins facile à réparer que les matériaux traditionnels.
Une méthode de construction antérieure était le radiateur en nid d’abeille. Les tubes ronds étaient sertis en hexagones à leurs extrémités, puis empilés et soudés. Comme ils ne se touchaient qu'à leurs extrémités, cela formait ce qui devenait en fait un réservoir d'eau solide traversé par de nombreux tubes d'air.[2]
Certaines voitures anciennes utilisent des radiateurs fabriqués à partir de tubes enroulés, une construction moins efficace mais plus simple.
Les radiateurs ont d’abord utilisé un flux vertical descendant, entraîné uniquement par un effet thermosiphon. Le liquide de refroidissement est chauffé dans le moteur, devient moins dense et monte ainsi. À mesure que le radiateur refroidit le liquide, le liquide de refroidissement devient plus dense et tombe. Cet effet est suffisant pour les moteurs stationnaires de faible puissance, mais insuffisant pour toutes les automobiles, à l'exception des premières. Depuis de nombreuses années, toutes les automobiles utilisent des pompes centrifuges pour faire circuler le liquide de refroidissement du moteur, car la circulation naturelle a des débits très faibles.Un système de vannes ou de déflecteurs, ou les deux, est généralement incorporé pour faire fonctionner simultanément un petit radiateur à l'intérieur du véhicule. Ce petit radiateur et le ventilateur soufflant associé sont appelés noyau de chauffage et servent à réchauffer l'intérieur de la cabine. Comme le radiateur, le radiateur de chauffage agit en évacuant la chaleur du moteur. Pour cette raison, les techniciens automobiles conseillent souvent aux opérateurs d'allumer le chauffage et de le régler à un niveau élevé si le moteur surchauffe, afin d'aider le radiateur principal.
La température du moteur sur les voitures modernes est principalement contrôlée par un thermostat de type cire, une vanne qui s'ouvre une fois que le moteur a atteint sa température de fonctionnement optimale.
Lorsque le moteur est froid, le thermostat est fermé, à l'exception d'un petit débit de dérivation, de sorte que la température du liquide de refroidissement change au fur et à mesure que le moteur se réchauffe. Le liquide de refroidissement du moteur est dirigé par le thermostat vers l'entrée de la pompe de circulation et est renvoyé directement au moteur, en contournant le radiateur. Faire circuler l'eau uniquement à travers le moteur permet au moteur d'atteindre sa température de fonctionnement optimale le plus rapidement possible tout en évitant les « points chauds » localisés. Une fois que le liquide de refroidissement atteint la température d'activation du thermostat, celui-ci s'ouvre, permettant à l'eau de s'écouler à travers le radiateur pour empêcher la température d'augmenter.
