工业冷水机系统的运行通过三个相互关联的系统进行：制冷剂循环系统、水循环系统和电气自动控制系统。

制冷循环
蒸发器中的液态制冷剂吸收水中的热量并开始蒸发，最后制冷剂与水之间形成一定的温差，液态制冷剂也完全蒸发成气态，然后被吸入并蒸发。经压缩机压缩（压力和温度升高），气态制冷剂通过冷凝器（风冷/水冷）放出热量，凝结成液体。 经过膨胀阀（或毛细管）节流后，成为低温低压制冷剂，进入蒸发器，完成制冷剂循环过程。
水循环
水泵负责将水箱中的水抽出到用户需要冷却的设备，冷冻水带走热量，升高温度，然后返回冷冻水箱。

电气自动化
包括电源部分和自动控制部分。
电源部分是通过接触器给压缩机、风扇、水泵等供电。
自动控制部分包括温控器、压力保护、延时、继电器、过载保护等相
相互组合可实现自动启停、根部水温保护等功能。
一般10P以上采用水冷散热，10P以下采用风冷散热。
风冷式工业冷水机一般是一体机，蒸发器、压缩机、冷凝器制作在一起。 对于功率稍大的风冷工业冷水机，需要考虑冷凝器散热风扇工作时的散热问题。 在空调装置的应用中，整机需要设置排气管道，将冷却风扇吹出的热量引导到室外。

风冷式工业冷水机也可以做成散装式，冷凝器直接放在室外（称为室外机），蒸发器和压缩机放在室内（称为室内机）。 但考虑到制冷剂在冷凝器与蒸发器之间传输过程中的吸热等问题，室内机与室外机的距离最好控制在6米以内，另外，传输制冷剂的铜管需要绝缘。 风机的电源电缆和控制电缆可以用铜管走线，这样空调厂只需在管道上开一个孔即可。
对于采用小流量、散热小的风冷冷水机的工业应用，一般选择整体直接使用，无需考虑其散热问题。 对于流量大、散热量大的风冷式冷水机，可选用分体式。

风冷式冷水机冷凝器的冷却效果受外部环境季节气候变化影响较小，而水冷式冷水机采用水塔散热更稳定，其缺点是水需要架设塔楼，机动性差。