机车的冷却水系统采用封闭加压循环，在正常情况下不和大气相通，因而可通过提高水的沸点来提升冷却性能，柴油机出口冷却水温度可达115℃。同时，ND5型机车亦采用了压风式冷却和干式冷却系统，冷却室顶部为A字形布置的六个散热器单节，下面设有一个直径为72英寸的冷却风扇，冷却风扇由柴油机输出轴经驱动，转速根据冷却水温度和柴油机转速自动调节。干式冷却系统设有来控制水流，当柴油机停机时散热器内的冷却水自动流回水箱，避免低温环境下冷却水结冰膨胀导致散热器损坏。冷却室车体两侧设有电阻制动装置，吸入冷却室的气流先冷却制动电阻器