Sistem sirkulasi sistem pendingin mesin dengan medium air adalah sebagai berikut: Ketika mesin baru akan dihidupkan (biasanya di pagi hari), suhu air pada radiator berkisar pada suhu ruang yaitu sekitar 23 C. Ketika mesin dinyalakan, air yang berada di dalam blok mesin bersirkulasi dengan bantuan waterpump melewati selang by-pass tanpa melewati radiator.
Mengapa tidak melewati radiator? Itu dikarenakan lubang air menuju radiator masih ditutup oleh termostat, sementara itu lubang by-pass yang letaknya berseberangan dengan lubang menuju radiator terbuka memungkinkan waterpump mengalirkan air yang keluar dari blok mesin untuk kembali masuk ke dalam blok mesin untuk mendinginkan silinder, oil cooler dan cylinder head. Mengapa dibuat demikian? Fase ini disebut sebagai fase pemanasan dimana air yang bersirkulasi di dalam blok mesin sengaja tidak di dinginkan agar suhu kerja mesin, berkisar di 85-90 C cepat tercapai.
Ketika mesin mencapai suhu kerja, temperatur air pada sistem sirkulasi fase pendinginan pun naik hingga 85-90 deg.C. Ketika air dengan temperatur tersebut sampai ke rumah thermostat, thermostat yang oleh pabrikan di-set untuk membuka pada suhu antara 85-90 deg.C membuka, sehingga memungkinkan air dari blok mesin masuk ke radiator. Dengan membukanya thermostat, ujung dari thermostat tersebut menutup lubang by-pass yang berseberangan dengan jalur keluar air. Dengan tertutupnya lubang by-pass tersebut juga memungkinkan waterpump untuk memompa air dari dalam radiator untuk menjaga temperatur kerja dari mesin tersebut. Air yang keluar dari blok mesin masuk ke radiator untuk didinginkan dengan bantuan tiupan angin dari fan, baik mekanik maupun elektrik. Fase ini disebut fase pendinginan. Di saat mesin berkerja pada putaran rendah, suhu kerja mesin turun dari 85 deg.C, maka otomatis si thermostat kembali menutup untuk menjaga temperatur air tidak berkurang dari suhu kerja mesin, dan akan membuka kembali ketika suhu tersebut tercapai kembali. Kedua fase ini berpindah secara bergantian bergantung dari temperatur mesin itu sendiri.
Ada kesalahpahaman yang terjadi pada pengguna kendaraan yaitu melepas thermostat karena dianggap benda tersebut mengakibatkan temperatur mesin naik dari yang semestinya. Hal ini perlu dicermati karena seperti komponen mesin yang lain, thermostat pun memiliki umur pakai. Indikasi dari thermostat sudah tidak dapat bekerja secara maksimal adalah temperatur mesin naik lebih tinggi dari suhu normalnya bila dilihat dari indikator temperatur di dalam kendaraan.
Mencopot thermostat bukan sebuah tindakan yang bijaksana karena dengan mengilangkan thermostat sebagai pengatur sirkulasi air di sistem pendinginan terebut, sirkulasi air akan berjalan tidak sempurna. Tanpa thermostat, fase pemanasan dan fase pendinginan tidak terjadi, dikarenakan pada temperatur mesin masih dingin, air sudah masuk ke radiator, padahal temperatur air belum perlu untuk didinginkan. Tanpa thermostat, lubang by-pass pun tidak tertutup sehingga waterpump akan memompa air dari lubang by-pass tersebut. Hal ini mengakibatkan debit air yang didesain untuk berjalan di keseluruhan waterjacket tidak tercapai. Suplai air menuju ke tempat terjauh dari waterpump terganggu karena adanya pencabangan, jalur pertama yaitu jalur bypass langsung ke kembali ke waterpump sementara jalur kedua ke waterjacket. Dengan berkurangnya debit air tersebut, pendinginan untuk silinder nomor 3 dan nomor 4 menjadi berkurang, mengakibatkan suhu pada kedua silinder ini naik dari suhu kerja optimalnya. Terlebih lagi, temperatur air yang dideteksi oleh sender/sensor temperatur air adalah air yang baru saja didinginkan oleh radiator yang secara tidak sengaja terhisap oleh waterpump karena terbukanya lubang by-pass sehingga pada panel indikator temperatur menunjukkan suhu mesin dingin sementara pada silinder 3 dan 4 tidak mendapatkan pendinginan yang cukup. Pada kondisi ekstrem, kurangnya pendinginan akan memicu pemuaian piston sehingga besar kemungkinan piston tersebut macet karena pemuaian tersebut.
Permasalahan pada cooling system dapat dicermati dengan melihat apakah fungsi masing masing komponen bekerja dengan baik. Untuk mengecek apakah thermostat masih berfungsi dengan baik dapat dengan cara melepas perangkat tersebut kemudian merebusnya di dalam panci berisi air. Ketika air mendidih, thermostat tersebut harus sudah membuka, apabila tidak artinya sudah tidak dapat dipakai lagi. Untuk waterpump, apabila terlihat ada tetesan air dari lubang dibawah as pulley, itu merupakan tanda awal bahwa waterpump tersebut mengalami kerusakan. Waterpump yang rusak tidak dapat diperbaiki, harus diganti dengan yang baru. Apabila kondisi thermostat dan waterpump dalam keadaan baik namun temperatur masih diatas normal, besar kemungkinan radiator sudah tidak berfungsi dengan baik. Untuk perbaikannya bisa dilakukan dengan bantuan tukang radiator. Kondisi clamp dari selang selang pun harus dicermati, karena apabila kerapatan clamp sudah tidak pada kondisi normal, air panas dapat keluar dari sela sela selang karetnya, lama kelamaan air akan habis sehingga mengakibatkan mesin mengalami overheating.
Sebagai tambahan dari sistem pendinginan di atas, untuk mengoptimalkan kerja cooling fan atau kipas pendingin udara dalam menjaga kestabilan suhu air di radiator, penggunaan fan shrout atau rumah kipas mutlak harus ada. Absennya fan shrout membuat hembusan udara dari fan tidak terfokus pada radiator, apalagi bila kendaraan melaju pada kecepatan tinggi. Hembusan udara dari arah bawah kendaraan dapat memecah konsentrasi udara pendingin yang ditiup oleh fan ke radiator.
