Det finns några huvudskillnader mellan en vattenkyld och luftkyld motor.
Luftkylda motorer använder en motorcylinderdesign som innehåller kylflänsar hela vägen runt cylindern och ovanpå kolvcylinderhuvudet. Dessa fenor drar värme bort från cylindern och utstrålar värmen. När fordonet drivs, riktas luften över fenorna för att släppa ut ännu mer värme. Vissa fordon kan innehålla en bältdriven eller elektrisk fläkt för att blåsa över flänsarna för att hjälpa till att hålla motorn sval. Vissa motorer använder hetluften från motorn för att värma insidan av passagerarutrymmet. Motorer som kyls med luft har en hårdare tid som upprätthåller en konstant driftstemperatur. Detta kan påverka motorns drift under kallare förhållanden eller extrema värmeförhållanden.
I stället för flänsar som används för att hålla motorn svalt, i vattenkylda motorer är motorblocket och huvuden gjutna fast men med inre passager i hela motorblocket runt cylindrarna och över cylindern i cylinderhuvudet. Motorn kommer att använda en vattenpump som är ansluten till dessa passager på motorn. Vattenpumpen kan köras med bälte, växellåda eller elmotor. Systemet har en radiator som används för att utstråla värmen från vattnet (kylvätskan) som strömmar genom motorn. En termostat sätts i en passage från motorn till radiatorn. Vattnet eller kylvätsketemperaturen bibehålls av termostaten. Termostaten styr flödet av kylvätska i radiatorn. När vattpumpen vrids pumpas kylmediet genom motorn. Kylvätskan absorberar och överför motorns värme från förbränningsprocessen. När kylvätskan blir uppvärmd kommer termostaten att tillåta flödet att begränsas till radiatorn tills kylvätsketemperaturen når en inställd temperatur på ca 190 grader vid vilken tidpunkt det öppnar flödet till kylaren. Kylmediet strömmar sedan in i kylaren och kylvätskans värme överförs till kylflänsarna för att släppas ut till omgivande luft som flänsarna på den luftkylda motorn. Radiatorn har elektriska eller mekaniska fläktar för att blåsa luft över kylflänsarna. Termostaten öppnar och stänger vid behov för att upprätthålla en konstant motorens inre kylvätsketemperatur; Motortemperaturen styrs bättre de luftkylda motorerna. Kylvätskan kan också dirigeras in i passagerarutrymmet för att strömma genom en liten radiator som kallas en värmekärna för att värma fordonets inre.
Vissa motorer kan använda en hybriddesign som använder ett vattenkylningssystem blandat med några av de luftkylda motoregenskaperna för att hålla motorn sval och att lätta på den extra vikt av ett fullkvalitativt vattenkylsystem. Dessa system kan använda mindre radiatorer eller tunna lättviktiga radiatorer och motordesigner som har luftkylda områden för att sprida värme.
Fördelarna med luftkylda motorer är att de är lättare utan användning av radiatorer, vattenpumpar, termostater, kylmedel eller slangar. Nackdelarna är att de inte kan värma upp snabbt och inte kan upprätthålla en konstant motortemperatur. Detta kommer att påverka motorens prestanda och utsläpp i klimatförändringar som extrema kyla eller heta temperaturer. En kall motor kräver att bränsle ska köra ordentligt.
Fördelarna med vattenkylda motorer är att de kan värma upp snabbt och bibehålla motortemperaturen bättre än den luftkylda konstruktionen. Detta hjälper till att upprätthålla motorens prestanda och utsläpp. Nackdelarna med en vattenkyld motor är den ökade vikten av motordesignen tillsammans med ökad vikt av kylsystemskomponenterna, såsom radiatorn, vattenpumpen, kylmedlet och slangarna.