Wichtigster Bestandteil eines Kühlmoduls ist der Kühlmittelkühler. Er besteht aus Kühlerblock und Wasserkasten mit allen erforderlichen Anschlüssen und Befestigungselementen. Der Kühlerblock selbst wird aus dem Kühlernetz - einem Rohr/Rippen-System - den Rohrböden sowie den Seitenteilen zusammengesetzt. Herkömmliche Kühlmittelkühler haben einen Kühlmittelkasten aus glasfaserverstärktem Polyamid, der vor dem Aufsetzen auf den Rohrboden eine Dichtung erhält und umbördelt wird. Aktuell im Trend liegen Ganz-Aluminium-Kühler, die weniger Gewicht und eine geringe Bautiefe auszeichnet - zudem sind sie zu 100% recyclingfähig. Die durch die Verbrennung im Motor erzeugte Wärme, wird durch das Kühlmittel aufgenommen und über den Kühler an die Außenluft abgeleitet.

Kühlermittelkühler werden im Luftstrom der Fahrzeugfront verbaut und unterscheiden sich in ihrer Bauart. Beim Fallstromkühler tritt das Wasser oben am Kühler ein und unten wieder aus. Beim Querstrom-Kühler tritt das Kühlwasser auf einer Seite des Kühlers ein und auf der anderen Seite wieder aus. Querstromkühler sind von der Bauart niedriger und kommen insbesondere in PKWs zum Einsatz. Besonders häufig treten Defekte durch Unfälle oder Undichtigkeiten auf.