CPUの冷却装置
対象の熱を冷却液(クーラント)に伝える水枕(ウォーターブロック)、冷却液を送り出す電動のポンプ、冷却液を貯めておくリザーバータンク、熱交換を行うラジエーター、各パーツを繋げるホース(チューブ)及びその継手(フィッティング)を基本の構成要素とする。組み立ての際にはホースを各部に適した長さで切断して各構成機材を繋いで水冷経路を作り、エア抜きも行う必要があるなど手間が掛かる。その分、各構成機材の配置場所の自由度が高く、ホースをケース外に伸ばし、ラジエーター等を外付けにすることも可能。CPUだけではなくGPU、マザーボード、メインメモリ、珍しいものではSSDや電源ユニットの水冷化など適合する水枕さえ用意できればほぼ全ての発熱源に対応する。設置場所のスペースとポンプの能力の許す限りラジエーターの増設・拡張が可能なため、冷却性能を高めファン速度を下げる事により静音化も可能。
黎明期は自動車やバイクの水冷システムやアクアリウム、水道管など先行していた各分野のパーツを流用・改造していたが、2019年現在は専用に販売されているパーツを利用することが多い。各パーツの接続部分は管用平行ねじのG 1/4インチがデファクトスタンダードとして広く採用されているため、継手を流用することでパーツの交換を容易に行える。また、特定のマザーボードやGPU専用の水枕を除きパーツの汎用性が高く、一度購入すれば適切なメンテナンスによって数世代にわたって使用できる。空冷CPUクーラーと同様、Socket AM4やLGA1700などの寸法に互換性の無いソケットが登場した際には各メーカーから無償もしくは低価格でアップグレードパーツが供給されている。
2009年頃からはチューブ素材などの進化によりメンテナンスフリー化が進み、水枕、ホース、ポンプ、ラジエーターなどが一体化して冷却水が封入済みで簡単に取り付けられる1万円前後の簡易型水冷クーラーのキットが自作パソコン用途向けに販売されている。2010年代以降はこれら簡易水冷型クーラーが1万円以上のハイエンド・CPUクーラー市場において一定の市場を形成している。CPUヘッドと呼ばれる水枕部分を固定した後、ラジエーター部分をケースに固定すればいいためパソコンケース内のみで水冷経路が完成し、ユーザーは水冷経路を組み立てる必要もなく冷却液そのものを扱わずに済む。ただし多くの簡易水冷にはリザーバータンクがないのでCPUの発熱量次第では、冷却液全体の温度が上がってしまうと熱飽和で放熱が追い付かなくなるので、PCの環境や構成に合わせたラジエーターサイズの製品が望ましい。大半の製品がメンテナンスフリーを謳っているが、冷却液の交換ができない場合がほとんどで冷却液の揮発や内部の腐食などで性能が低下した場合は機材を交換及び廃棄せざるを得ない。
2019年現在市場に出回っている製品のほぼ全てがデンマークに本社を置くAsetek製のOEMであり、各社はAsetekの基本設計に独自のカスタマイズを施して販売している。
パソコンの筐体に小型のコンプレッサを組み込んで、冷蔵庫などと同様の方式で液体が気化する時の気化熱を利用した放熱を行うもの。マニアが自作する物のほか、これを組み入れた製品を出荷しているメーカーや、パソコンショップのショップブランド品に仕込んで販売する例もある。
水冷よりもさらに高い冷却効果を得られる反面、冷却装置そのものがそれなりに大掛かりかつ高価であり、除湿機などを流用する場合でも大がかりな改造が必要であるが、一般的なエンドユーザーの使用環境であればリテールクーラーで動作が保証されており、ヘビーユーザーでも簡易水冷で十分な冷却が可能であるため、一般的な方式ではない。
ガス冷却に用いられるガスは数種類あり、主に炭酸ガスが用いられる。
冷却するための装置・部品を一切使わずに、プロセッサの表面から放熱させる方法。スマートフォンやタブレットを始めとした組み込み機器のプロセッサでは一般的であるが、発熱量が多い最近のデスクトップパソコン向けCPUでは不可能である。
最近は、表面放熱量を増やすことのできるCPUの設置方法が採用されることがある。例えば、モバイルコンピューターで、CPUをキーボードと平行になるように設置し、キーボードの裏面の金属製フレームに密着させ、ここから放熱する方法である。ただしこのような表面冷却は、きわめて薄型であるモバイルコンピューターでしかできないうえ、ファンを使う冷却装置に比べ放熱量も限られている。
自然環境下での水中データセンターを実現するための検証実験が官民で行われている。冷却に湖水や海水を使うことで大規模な冷却施設と土地が不要になる、空調を駆動するための電気代を抑えられる他、人間が内部に入らないため事故率も地上より低いというメリットがある。
MicrosoftはプロジェクトNatickで専用のコンテナ内にサーバーを収納し、冷却を海水で行う海中データセンターの検証実験を行っている。
国立情報学研究所では専用コンテナを用いず、直接マザーボードを海中や湖などに沈めての検証実験を行っている。市販品のパーツをパリレン樹脂でコーティングすることで、水道水を入れた水槽の中で3か月の稼働を成功させている。。