水冷式变频器的冷却原理为冷却液从散热器泵入变频器内部，但不接触变频器的工作部件。散热设备将变频器部件产生的热能传递给冷却液。然后冷却液流回到散热器，在冷却风扇的帮助下，散热器将热能传递到周围空气中。
大多数混合动力汽车和纯电动汽车采用的是水冷式变频器，这种变频器位于汽车的发动机室，其冷却液的进、出口能容易地被连接到散热器上以方便对冷却液降温。其冷却液通常与发动机冷却液类似或相同。在混合动力汽车中，几乎所有此类水冷系统的冷却液回路都完全独立于发动机的冷却系统。水冷式变频器的冷却回路至少包括一个散热器、一个膨胀水箱、一个冷却风机、冷却液软管、一个电子水泵以及穿过变频器的内部冷却管道。