柴油机的冷却系统可分为水冷系冷却系统和风冷系冷却系统。水冷系的冷却系统是以水为介质，将热量通过水传递给空气。具体是以少量的水在柴油机中反复循环，在柴油机水套中吸取其中过多的热量，然后流动到散热器中散掉热量。水套两个端口的温差比较小，这样柴油机气缸的下部不会温度太低。使用水冷调节的优点是冷却强度容易调节，不致于过冷或过热，可以保证柴油机的正常温差。在冬天温度比较低时，也可以加入热水进行预热，便于冬季使用。

风冷系冷却系统是直接对柴油机需要冷却的部分进行直接冷却，主要对缸套、缸盖、润滑油等直接由空气进行散热。风冷系统主要靠风扇系统进行散热，但是由于柴油机结构的限制，其散热功能受到了一些限制导致其散热能力相对较差。由于风冷柴油机内部没有复杂的冷却系统，所以其故障率较水冷柴油机相对低一些。