冷卻作用
冷卻是冷卻液的基本作用。發動機工作時產生大量的熱量，其中60%的熱量要通過冷卻系統散發到周圍空間。水和甲醇冷卻液沸點低，易沸騰，如果車輛在冷卻液沸騰條件下工作，即使在很短時間也會造成發動機損壞，甚至癱瘓。
防腐作用
冷卻系統中散熱器、水泵、缸體及缸蓋、分水管等部件是由鋼、鑄鐵、黃銅、紫銅、鋁、焊焊錫等金屬組成，由于不同的金屬的電極電位不同，在電解質的作用下容易發生電化學腐蝕；同時冷卻液中的二元醇類物質分解后形成的酸性產物、燃料燃燒后行的酸性廢氣也可能滲透到冷卻系統中，促進冷卻系統腐蝕。冷卻系統腐蝕會使散熱器水箱的下水室、噴油嘴隔套、冷卻管道、接頭以及水箱排管發生故障，同時腐蝕產物杜塞管道，引起發動機過熱甚至癱瘓；若腐蝕穿孔，冷卻液滲入燃燒室或曲軸箱會產生嚴重的破壞，因為當冷卻液或水與體貼油混合時，產生油污和膠質，削弱潤滑，使得閥、液壓閥推桿和活塞環黏結。因而冷卻液中都加入一定量的防腐蝕添加劑，防止冷卻系統產生腐蝕。
防垢作用
冷卻系統中的水垢來源于水中的鈣、鎂等陽離子，這些堿土金屬陽離子在熱負荷條件下，容易與水中的引離子反應生成水垢。水垢能磨損水泵密封件并覆蓋在汽缸體水套外壁，使其導熱率下降，并使缸蓋高溫區溫度劇增，引起缸裂。因此為了減少水垢的生成，冷卻液在生產和加注過程中均要求使用經過軟化處理的去離子水。
防凍作用
冬季氣溫低，為使汽車在冬季低溫下仍能繼續使用，發動機冷卻液都加入了一些能夠降低水冰點的物質作為防凍劑，保持在低溫天氣時冷卻系統不凍結。因此人們有時把冷卻液稱作“防凍液”或“不凍液”。