Bộ tản nhiệt được sử dụng để làm mát động cơ đốt trong, chủ yếu trong ô tô nhưng cũng có trong máy bay có động cơ piston, đầu máy xe lửa, xe máy, nhà máy phát điện cố định và những nơi khác sử dụng động cơ nhiệt. Máy biến điện điển hình ở Bắc Mỹ, có thể là trong một trạm biến áp hoặc trên đỉnh, sử dụng các chất làm mát như dầu biphenyl polychlorin để thải nhiệt ra môi trường.   [ <span title="This claim needs references to reliable sources. (May 2020)">cần dẫn nguồn</span> ]Để làm mát động cơ nhiệt, một chất làm mát được đưa qua khối động cơ, nơi nó hấp thụ nhiệt từ động cơ. Sau đó, chất làm mát nóng được đưa vào bể đầu vào của bộ tản nhiệt (nằm trên đỉnh của bộ tản nhiệt hoặc dọc theo một bên), từ đó nó được phân phối qua lõi bộ tản nhiệt qua các ống đến một bể khác ở đầu đối diện của bộ tản nhiệt. Khi chất làm mát đi qua các ống tản nhiệt trên đường tới bể đối diện, nó sẽ truyền phần lớn nhiệt của nó sang các ống, do đó, truyền nhiệt cho các vây được đặt giữa mỗi hàng ống. Các vây sau đó giải phóng nhiệt ra không khí xung quanh. Vây được sử dụng để làm tăng đáng kể bề mặt tiếp xúc của các ống với không khí, do đó làm tăng hiệu quả trao đổi. Chất làm mát được làm mát được đưa trở lại động cơ và chu trình lặp lại. Thông thường, bộ tản nhiệt không làm giảm nhiệt độ của chất làm mát trở lại nhiệt độ không khí xung quanh, nhưng nó vẫn được làm mát đủ để giữ cho động cơ không bị quá nóng. [cần dẫn nguồn]

Chất làm mát thường dựa trên tính chất nước, với việc bổ sung thêm glycols để ngăn chặn sự đóng băng và đồng thời bổ sung thêm các chất phụ gia khác để hạn chế sự ăn mòn, xói mòn và xâm thực các động cơ. Bên cạnh đó, chất làm mát cũng có thể sử dụng như một loại dầu. Các động cơ đầu tiên đã sử dụng thermosiphons để lưu thông chất làm mát; tuy nhiên, ngày nay tất cả các động cơ nhỏ nhất đều sử dụng máy bơm. [cần dẫn nguồn]

Cho đến năm 1980, lõi tản nhiệt thường được làm bằng đồng (đối với cạnh bên rìa) và đồng thau (đối với ống, đầu và tấm phụ, trong khi thùng chứa được làm bằng đồng hoặc bằng nhựa, thường là polyamide). Vào những năm đầu của thập niên 1970, nhôm được sử dụng phổ biến hơn, cuối cùng chiếm lĩnh phần lớn các ứng dụng tản nhiệt. Sử dụng nhôm làm giảm trọng lượng và chi phí. [cần dẫn nguồn]

Trong không khí có công suất và mật độ nhiệt thấp hơn so vơi chất làm mát lỏng, tốc độ dòng chảy khá lớn (so với chất làm mát) nên phải được thổi qua lõi tản nhiệt để nhận nhiệt từ dung dịch làm mát. Bộ tản nhiệt thường có một hoặc nhiều quạt tùy theo mục đích sử dụng để thổi khí xuyên qua bộ tản nhiệt. Để tiết kiệm năng lượng của quạt trong xe cộ, bộ tản nhiệt thường được đặt ở phía sau lưới tản nhiệt nằm phía trước của xe. Không khí Ram có thể cung cấp một phần hoặc toàn bộ lượng khí làm mát cần thiết cho xe khi nhiệt độ chất làm mát dưới nhiệt độ tối đa của hệ thống đã được thiết lập và quạt vẫn có thể giải phóng. [cần dẫn nguồn]