اساس کار تمام برج خنک‌­کن‌ها بر مبنای ایجاد سطح تماس بیشتر بین جریان آب گرم و هوای محیط و درنتیجه تبادل حرارتی بین این دو می‌باشد. عموماً در برج خنک‌کن‌ها، آب گرم توسط لوله‌هایی به بالای برج منتقل شده و در آنجا به‌صورت طبیعی یا توسط آبفشان­‌هایی به سمت پایین برج به جریان می‌افتد که در طول این مسیر با توجه به نوع برج به شیوه‌های مختلف با جریان هوا برخورد می‌کند. اجزای اصلی برج خنک‌کنِ تر بدین‌صورت است:

• فن­‌ها: برای مکش یا به جریان انداختن هوا درون برج به‌کار گرفته می‌شود.
• پکینگ­‌ها: برای افزایش تبادل حرارتی بین جریان آب‌وهوا در داخل برج خنک‌کن، از پکینگ‌ها استفاده می‌شود که با افزایش سطح تماس جریان آب با هوا و هم‌چنین کاهش سرعت جریان آب، در خنک‌سازی جریان آب نقش مؤثری دارند.
• حوضچه یا باسین: در قسمت زیرین برج خنک‌کن قرار دارد و آب خنک شده در آن جمع‌آوری شده و به سمت سیستم‌های سردسازی هدایت می‌شود.
• قطره‌گیرها: تیغه‌های قطره‌­گیر برای جلوگیری از پخش ذرات آب و ممانعت از خروج آن‌ها به محیط بیرون از برج خنک‌کن به‌کار می‌روند.

اتلاف اصلی در برج‌های خنک‌کن به روش­‌های زیر انجام می­‌شود:

• تبخیر: فرآیند غالب در کاهش دمای آب ورودی به برج است.
• بلودان: به دلیل تبخیر آب، ذرات ریزی (مانند کلسیم، منگنز، کلرید، سیلیکا و …) در آب گردشی باقی می­‌مانند که می­‌توانند باعث خوردگی سطح شوند. کنترل غلظت این ذرات با خارج کردن مقدار مشخصی از آب برج خنک‌کن و جایگزینی آن با آب تازه صورت می­گیرد.
• خروج قطرات ریز آب: مقدار کمی از قطرات آب ممکن است همراه با جریان هوا از برج خارج ­شوند که توسط قطره‌­گیرها تلاش می‌­شود تا از درصد این اتلاف کاسته گردد. اتلاف این روش نسبت دو روش قبل خیلی کمتر است.

به دلیل تماس آب‌وهوا، میزان رطوبت جریان هوا افزایش یافته و عمل تبخیر آب و انتقال حرارت نهان صورت می‌گیرد و در نتیجه دمای آب کاهش می­‌یابد. بخشی از کاهش دمای هوا نیز به دلیل انتقال حرارت محسوس است. فرآیند افزایش رطوبت هوا تا زمانی ادامه پیدا می‌­کند که ظرفیت پذیرش بخار آب در جریان هوا کامل شود و درواقع هوا به حالت اشباع برسد. وجود پکینگ در برج خنک­‌کن، هم مساحت سطح و هم مدت‌زمان تماس بین جریان آب‌وهوا را افزایش می‌­دهد و باعث تقویت تبادل حرارت بین دو سیال می­‌گردد. لذا همان‌گونه که مشخص است در برج خنک‌کنِ تر، فرآیند تبخیر، بار اصلی کاهش انرژی و کاهش دمای آب را به عهده دارد، لذا برای کاهش مصرف آب یا باید به نحوی میزان تبخیر آب با لحاظ کردن معیارهای موجود برای عملکرد بهینه برج، کمتر شود (برای مثال نوآوری در طراحی پکینگ­‌ها و …) یا صرفاً از روشی برای استحصال آّب از بخارهای خارج شده از برج اقدام کرد.