Chłodnice samochodowe zbudowane są z pary zbiorników metalowych lub plastikowych, połączonych rdzeniem z wieloma wąskimi przejściami, co zapewnia dużą powierzchnię w stosunku do objętości. Rdzeń ten jest zwykle wykonany z ułożonych w stos warstw blachy, sprasowanych w celu utworzenia kanałów i zlutowanych lub lutowanych lutem twardym. Przez wiele lat grzejniki wykonywano z rdzeni mosiężnych lub miedzianych lutowanych do mosiężnych głowic. Nowoczesne grzejniki mają aluminiowe rdzenie i często oszczędzają pieniądze i wagę, stosując plastikowe kolektory z uszczelkami. Taka konstrukcja jest bardziej podatna na awarie i trudniejsza w naprawie niż tradycyjne materiały.
Wcześniejszą metodą konstrukcyjną był grzejnik o strukturze plastra miodu. Okrągłe rurki zostały zaciśnięte na końcach w sześciokąty, następnie ułożone w stos i zlutowane. Ponieważ stykały się tylko na końcach, utworzyło to coś, co w efekcie stało się stałym zbiornikiem na wodę, przez który przechodziło wiele rurek powietrznych.
W niektórych zabytkowych samochodach rdzenie chłodnic wykonane są ze zwojów rurowych, co jest mniej wydajną, ale prostszą konstrukcją.
W grzejnikach po raz pierwszy zastosowano przepływ pionowy w dół, napędzany wyłącznie efektem termosyfonu. Płyn chłodzący nagrzewa się w silniku, staje się mniej gęsty i dlatego podnosi się. Gdy chłodnica chłodzi płyn, płyn chłodzący staje się gęstszy i opada. Efekt ten jest wystarczający w przypadku silników stacjonarnych o małej mocy, ale niewystarczający dla wszystkich samochodów z wyjątkiem najwcześniejszych. Od wielu lat wszystkie samochody wykorzystują pompy odśrodkowe do cyrkulacji płynu chłodzącego silnik, ponieważ naturalny obieg ma bardzo niskie natężenie przepływu.Zwykle montowany jest system zaworów lub przegród lub obu, aby jednocześnie obsługiwać małą chłodnicę wewnątrz pojazdu. Ta mała chłodnica i powiązana z nią dmuchawa nazywana jest rdzeniem nagrzewnicy i służy do ogrzewania wnętrza kabiny. Podobnie jak chłodnica, rdzeń nagrzewnicy działa poprzez usuwanie ciepła z silnika. Z tego powodu technicy samochodowi często doradzają operatorom, aby włączyli grzejnik i ustawili go na wysoką temperaturę, jeśli silnik się przegrzewa, aby wspomóc główną chłodnicę.
Temperatura silnika w nowoczesnych samochodach jest kontrolowana przede wszystkim za pomocą termostatu z pastylkami wosku – zaworu, który otwiera się, gdy silnik osiągnie optymalną temperaturę roboczą.
Gdy silnik jest zimny, termostat jest zamknięty, z wyjątkiem niewielkiego przepływu obejściowego, w wyniku czego termostat ulega zmianom temperatury płynu chłodzącego w miarę nagrzewania się silnika. Płyn chłodzący silnik kierowany jest przez termostat na wlot pompy obiegowej i zawracany bezpośrednio do silnika z pominięciem chłodnicy. Kierowanie wody tak, aby krążyła wyłącznie w silniku, pozwala silnikowi osiągnąć optymalną temperaturę roboczą tak szybko, jak to możliwe, unikając jednocześnie lokalnych „gorących punktów”. Gdy płyn chłodzący osiągnie temperaturę aktywacji termostatu, otwiera się, umożliwiając przepływ wody przez chłodnicę, aby zapobiec wzrostowi temperatury.
