Система охолодження герметична, складається з радіатора, водяного насоса, термостата, електричного вентилятора охолодження, розширювального бачка та зв'язувальних шлангів.
Система функціонує в такий спосіб. Холодний холодоагент з радіатора проходить через шланги і труби до водяного насоса, який прокачує рідину, що охолоджує, через блок циліндрів і головку блоку. Після охолодження циліндрів двигуна, камери згоряння та сідел клапанів, холодоагент підходить до колектора та термостату, який спочатку закритий, і прямує через обхідний шланг назад до насоса (моделі Турбо та з системою упорскування палива 2.0 літра) і-або до обігрівача, масляного радіатора та інших пов'язаних систем.
Коли двигун холодний, термостат закритий, холодоагент циркулює по малому колу. Коли холодоагент досягає певної температури, термостат відкривається, рідина, що охолоджує, проходить через верхній шланг до радіатора. Холодоагент в радіаторі охолоджується повітрям, коли автомобіль рухається. Повітряний потік посилюється дією електричного вентилятора охолодження, якщо необхідно. Після досягнення з іншого боку радіатора холодоагент цикл повторюється.
Коли двигун має нормальну робочу температуру, холодоагент розширюється, частина його переміщається до розширювального бачка. Цей холодоагент збирається в резервуарі і повертається в радіатор, коли система охолоджується.
На моделях Т12 та ранніх Т72 застосовується радіатор з вертикальним потоком, з верхнім та нижнім резервуарами, на пізніх моделях Т72 (з липня 1987) застосовується радіатор з поперечним потоком, який має резервуари праворуч та ліворуч.
Водяний насос встановлений на правій стороні двигуна, що наводиться від шківа колінчастого валу через приводний ремінь. Вентилятор охолодження встановлений на радіаторі та наводиться електродвигуном. Він управляється термовимикачем та реле. При двошвидкісному двигуні вентилятора є додаткове реле та вимикач.
Існують деякі відмінності між системами охолодження, що встановлюються на різних моделях. У автомобілях з автоматичною трансмісією є радіатор для охолодження трансмісійної рідини знизу (або зліва) резервуара, з'єднаний з трансмісією гнучкими шлангами та трубами. Моделі Турбо та моделі з автоматичною трансмісією мають радіатор охолодження моторного масла, який розташований на задній частині блоку циліндрів та з'єднаний з головною системою охолодження. На моделях із системою упорскування палива 2.0 літра та Турбо, є з'єднання системи охолодження з камерою дроселя.