水冷机组系统的运作是通过三个相互联系的系统来工作的：制冷剂循环系统、水循环系统、电器自控系统。
制冷剂循环系统
蒸发器中的液态制冷剂吸收水中的热量并开始蒸发，最终制冷剂与水之间形成一定的温度差，液态制冷剂亦完全蒸发变为气态，后被压缩机吸入并压缩（压力和温度增加）,气态制冷剂通过冷凝器（风冷/水冷）吸收热量，凝结成液体。通过膨胀阀（或毛细管）节流后变成低温低压制冷剂进入蒸发器，完成制冷剂循环过程。
水循环系统
水泵负责将水从水箱抽出泵到用户需冷却的设备，冷冻水将热量带走后温度升高，再回到冷冻水箱中。
电器自控系统
包括电源部分和自动控制部分。
电源部分是通过接触器，对压缩机、风扇、水泵等供应电源。
自动控制部分包括温控器、压力保护、延时器、继电器、过载保护等相互组合达到根椐水温自动启停，保护等功能。
一般10P以上采用水冷式散热，10P以下采用风冷式散热。
风冷式工业冷水机一般为整体机，及蒸发器、压缩机和冷凝器做在一起。对于稍大功率的风冷式工业冷水机，则需要考虑其工作时冷凝器散热风扇的散热问题。在空调厂房里应用，整体机需要设置排风道将散热风扇吹出的热量引到室外。
风冷式工业冷水机也可以做成分体式，将冷凝器直接放到室外去（称室外机），蒸发器和压缩机放在室内（称室内机）。但考虑冷媒在冷凝器和蒸发器间传送过程中的吸热等问题，室内机和室外机间的距离最好控制在6米以内，另外，输送冷媒的铜管需要做保温处理。风扇的供电电缆及控制电缆可以和铜管一起布线走，这样空调厂房只需开洞穿管即可。
