Los radiadores de automóviles están construidos con un par de tanques colectores de metal o plástico, unidos por un núcleo con muchos pasillos estrechos, lo que proporciona una gran superficie en relación con el volumen. Este núcleo suele estar hecho de capas apiladas de láminas de metal, prensadas para formar canales y soldadas entre sí. Durante muchos años, los radiadores se fabricaban con núcleos de latón o cobre soldados a cabezales de latón. Los radiadores modernos tienen núcleos de aluminio y, a menudo, ahorran dinero y peso al utilizar cabezales de plástico con juntas. Esta construcción es más propensa a fallar y menos fácil de reparar que los materiales tradicionales.
Un método de construcción anterior era el radiador alveolar. Los tubos redondos se estampaban formando hexágonos en sus extremos, luego se apilaban y soldaban. Como solo se tocaban en sus extremos, esto formó lo que en realidad se convirtió en un tanque de agua sólido con muchos tubos de aire a través de él.
Algunos coches antiguos utilizan núcleos de radiador hechos de tubo enrollado, una construcción menos eficiente pero más sencilla.
Los radiadores utilizaron por primera vez un flujo vertical descendente, impulsado únicamente por un efecto termosifón. El refrigerante se calienta en el motor, se vuelve menos denso y, por tanto, sube. A medida que el radiador enfría el líquido, el refrigerante se vuelve más denso y cae. Este efecto es suficiente para motores estacionarios de baja potencia, pero inadecuado para todos los automóviles excepto los más antiguos. Durante muchos años, todos los automóviles han utilizado bombas centrífugas para hacer circular el refrigerante del motor porque la circulación natural tiene caudales muy bajos.Se suele incorporar un sistema de válvulas o deflectores, o ambos, para accionar simultáneamente un pequeño radiador en el interior del vehículo. Este pequeño radiador, y el ventilador asociado, se denomina núcleo del calentador y sirve para calentar el interior de la cabina. Al igual que el radiador, el núcleo del calentador actúa eliminando calor del motor. Por esta razón, los técnicos automotrices suelen recomendar a los operadores que enciendan el calentador y lo pongan en alto si el motor se sobrecalienta, para ayudar al radiador principal.
La temperatura del motor en los automóviles modernos se controla principalmente mediante un termostato tipo bolita de cera, una válvula que se abre una vez que el motor ha alcanzado su temperatura óptima de funcionamiento.
Cuando el motor está frío, el termostato está cerrado excepto por un pequeño flujo de derivación, de modo que el termostato experimenta cambios en la temperatura del refrigerante a medida que el motor se calienta. El termostato dirige el refrigerante del motor a la entrada de la bomba de circulación y regresa directamente al motor, sin pasar por el radiador. Dirigir el agua para que circule solo a través del motor permite que el motor alcance la temperatura de funcionamiento óptima lo más rápido posible y al mismo tiempo evita "puntos calientes" localizados. Una vez que el refrigerante alcanza la temperatura de activación del termostato, se abre, permitiendo que el agua fluya a través del radiador para evitar que la temperatura suba más.
