Les refroidisseurs à eau sont dotés d'un condenseur à eau relié à une tour de refroidissement. Ils sont généralement utilisés pour les installations de moyenne et grande taille disposant d'une alimentation en eau suffisante. Les refroidisseurs à eau peuvent produire des performances plus constantes pour la climatisation commerciale et industrielle en raison de leur relative indépendance par rapport aux fluctuations de la température ambiante. Les refroidisseurs à eau varient en taille, des petits modèles d'une capacité de 4 tonnes aux modèles de plusieurs milliers de tonnes qui refroidissent les plus grandes installations du monde telles que les aéroports, les centres commerciaux et autres installations.
Un refroidisseur à eau classique utilise l'eau du condenseur en recirculation provenant d'une tour de refroidissement pour condenser le réfrigérant. Un refroidisseur à eau contient un réfrigérant qui dépend de la température de l'eau du condenseur entrant (et du débit), qui fonctionne en fonction de la température ambiante du bulbe humide. Étant donné que la température du bulbe humide est toujours inférieure à la température du bulbe sec, la température de condensation du réfrigérant (et la pression) dans un refroidisseur à eau peut souvent fonctionner à des valeurs nettement inférieures à celles d'un refroidisseur à air. Ainsi, les refroidisseurs à eau peuvent fonctionner plus efficacement.
Les refroidisseurs à eau sont généralement installés à l'intérieur, dans un environnement protégé des éléments. Par conséquent, les refroidisseurs à eau peuvent offrir une durée de vie plus longue. Les refroidisseurs à eau représentent généralement la seule option pour les installations plus grandes. Le système de tour de refroidissement supplémentaire nécessitera des frais d'installation et de maintenance supplémentaires par rapport aux refroidisseurs à air.