Yaygın olarak kullanılan soğutma kulelerinde, kulenin içinden geçerken suyun hava ile teması sonucu bir kısmı buharlaşarak atmosfere verilir, bu esnada soğutma suyu üzerindeki ısının bir kısmı buharlaşma vasıtası ile atmosfere verilerek suyun soğuması sağlanmış olur. Soğutma kulelerinin çalışma prensibi, suyun hava ile karşılaşma şekline göre ikiye ayrılır.

Karşı akışlı soğutma kuleleri:
Su ve havanın 180 derecelik bir açı oluşturacak şekilde karşı karşıya geldiği sistemlerdir. Su dağıtımı oluklu bir sistemle yapılabileceği gibi trake adı verilen basınçlı bir borulama sistemiyle de gerçekleştirilebilir. Nozullar aracılığıyla minimize edilen su dolgu üzerindeyken, kulenin dört bir yanından içeriye hızla nüfuz eden hava ile karşılaşır ve ısı transferi gerçekleştirilir. Soğuk su, alt havuzda bir araya getirilir ve sisteme basılır.

Çapraz akışlı soğutma kuleleri
Su ve havanın 90 derecelik bir açı oluşturacak şekilde karşı karşıya geldiği sistemlerdir. Su dağıtımı doğal bir şekilde, yerçekiminin gücü ile gerçekleşmektedir. Sıcak su dağıtım havuzu üzerine sistematik şekilde konuşlandırılmış olan nozullar aracılığıyla su minimize edilir ve dolgu üzerine gönderilir. Hava giriş panjurlarından gelen hava ile dolgu yüzeyinde karşılaşan su arasında ısı transferi gerçekleşir ve alt havuzda toplanan soğuk su tekrar sisteme basılır.

Karşı akışlı tip kulelerde su yukarıdan aşağı akarken, havada aşağıdan yukarıya hareket ederek su ile temas eder. Çapraz akışlı tiplerde ise, su yine yukarıdan aşağı akarken, bu kez hava yatay olarak hareket eder.

Karşı ve çarpraz akışlı kuleler arasında yıllardan beri süregelmekte olan bir rekabet söz konusudur. Buna karşın birinin diğerinden daha üstün olduğu söylenemez. Hangi prensiple çalışırsa çalışsın bir soğutma kulesinden azami verimi alabimek için ortam koşulları ve su özellikleri dikkate alınmalıdır. Genelde yaygın olarak kullanılan tiplerde, kule üzerinden fıskiye sistemi ile homojen biçimde kulenin altındaki dolgu alanına püskürtülen su, kule üzerindeki fanlar ile dolgu alanından yukarıya emilen hava ile karşılaşarak soğur ve bir kısmı buharlaşır. Buharlaşma ile nem miktarı artan hava fanların emişi ile kule içinden atmosfere gönderilir. Bu sayede soğuyan su dolgu alanına birikir ve oradan sisteme gönderilir.