Ein Freikühler funktioniert nach dem Konvektionsprinzip. Dabei wird dem zu kühlenden Medium mittels Umgebungsluft Wärme entzogen. Um diesen Vorgang möglichst effektiv zu gestalten, strömt das Wasser dabei durch einen Lamellenwärmetauscher.

Um die Leistung eines Luft-Wasser-Kühlers zu erhöhen, kann dieser mit einer adiabatischen Besprüheinrichtung ausgestattet werden. Dabei wird beim Lufteintritt im Bedarfsfall (i.d.R. bei zu hoher Austrittstemperatur des zu kühlenden Mediums) eine gewisse Menge Wasser zerstäubt. Aufgrund der feinen Tropfen verdunstet das Wasser, noch bevor es mit dem Luftstrom in das Lamellenpaket gelangt. Bei korrekter Funktion bleibt das Lamellenpaket also trocken.

Bei selbstentleerenden Kühlern sind die Rohre des Wärmetauscherblockes mit Gefälle verlegt. Damit der Kühler leerläuft, müssen auf der Anlagenseite geeignete Be-/Entlüftungsmöglichkeiten vorhanden sein, damit das Kühlmedium frei abfließen kann. Wird nun die hydraulische Versorgung abgeschaltet, läuft das Kühlmedium restlos aus dem Kühler. Zur Verwendung kommt dies vor allem, wenn kein Frostschutzzusatz im Kühlmedium sein darf und aufwendige Entleerungsmaßnahmen im Winter (z.B. bei Anlagenstillstand übers Wochenende) vermieden werden sollen.