หม้อน้ำรถยนต์ถูกสร้างขึ้นจากถังส่วนหัวที่เป็นโลหะหรือพลาสติก เชื่อมโยงกันด้วยแกนที่มีทางเดินแคบๆ มากมาย ทำให้มีพื้นที่ผิวสูงเมื่อเทียบกับปริมาตร แกนนี้มักทำจากแผ่นโลหะหลายชั้นซ้อนกัน กดให้เป็นช่อง แล้วบัดกรีหรือประสานเข้าด้วยกัน เป็นเวลาหลายปีแล้วที่หม้อน้ำทำจากแกนทองเหลืองหรือทองแดงบัดกรีกับหัวทองเหลือง หม้อน้ำสมัยใหม่มีแกนอะลูมิเนียม และมักจะประหยัดเงินและน้ำหนักโดยใช้ส่วนหัวพลาสติกพร้อมปะเก็น การก่อสร้างนี้มีแนวโน้มที่จะล้มเหลวและซ่อมแซมได้ง่ายกว่าวัสดุแบบเดิม
วิธีการก่อสร้างก่อนหน้านี้คือหม้อน้ำแบบรังผึ้ง ท่อกลมถูกมัดให้เป็นรูปหกเหลี่ยมที่ปลาย จากนั้นจึงซ้อนกันและบัดกรี ขณะที่พวกมันสัมผัสกันที่ปลายของมันเท่านั้น สิ่งนี้ก็ก่อตัวขึ้นซึ่งกลายเป็นแท้งค์น้ำแข็งซึ่งมีท่ออากาศจำนวนมากผ่านมัน
รถโบราณบางคันใช้แกนหม้อน้ำที่ทำจากท่อขด ซึ่งมีโครงสร้างที่มีประสิทธิภาพน้อยกว่าแต่เรียบง่ายกว่า
หม้อน้ำใช้การไหลในแนวตั้งลดลงเป็นครั้งแรก โดยขับเคลื่อนด้วยเทอร์โมไซฟอนเพียงอย่างเดียว สารหล่อเย็นจะถูกทำให้ร้อนในเครื่องยนต์ มีความหนาแน่นน้อยลง และเพิ่มขึ้นมาก เมื่อหม้อน้ำเย็นลงของเหลว สารหล่อเย็นจะมีความหนาแน่นมากขึ้นและตกลงมา ผลกระทบนี้เพียงพอสำหรับเครื่องยนต์ที่อยู่กับที่กำลังต่ำ แต่ไม่เพียงพอสำหรับรถยนต์ทุกประเภท ยกเว้นรถยนต์รุ่นแรกๆ รถยนต์ทุกคันใช้ปั๊มหอยโข่งเพื่อหมุนเวียนสารหล่อเย็นเครื่องยนต์เป็นเวลาหลายปีแล้ว เนื่องจากการไหลเวียนตามธรรมชาติมีอัตราการไหลต่ำมากโดยปกติแล้ว ระบบวาล์วหรือแผ่นกั้น หรือทั้งสองอย่างจะรวมเข้าด้วยกันเพื่อใช้งานหม้อน้ำขนาดเล็กภายในรถยนต์ไปพร้อมๆ กัน หม้อน้ำขนาดเล็กนี้และพัดลมโบลเวอร์ที่เกี่ยวข้อง เรียกว่าแกนฮีตเตอร์ และทำหน้าที่อุ่นภายในห้องโดยสาร แกนเครื่องทำความร้อนทำหน้าที่ขจัดความร้อนออกจากเครื่องยนต์เช่นเดียวกับหม้อน้ำ ด้วยเหตุนี้ ช่างเทคนิคยานยนต์จึงมักแนะนำให้ผู้ปฏิบัติงานเปิดเครื่องทำความร้อนและตั้งค่าให้สูงที่สุดหากเครื่องยนต์มีความร้อนสูงเกินไป เพื่อช่วยหม้อน้ำหลัก
อุณหภูมิเครื่องยนต์ในรถยนต์ยุคใหม่ควบคุมโดยเทอร์โมสตัทชนิดเม็ดขี้ผึ้งเป็นหลัก ซึ่งเป็นวาล์วที่เปิดเมื่อเครื่องยนต์ถึงอุณหภูมิการทำงานที่เหมาะสมที่สุด
เมื่อเครื่องยนต์เย็น เทอร์โมสตัทจะปิด ยกเว้นการไหลของบายพาสเล็กน้อย เพื่อให้เทอร์โมสตัทเปลี่ยนอุณหภูมิน้ำหล่อเย็นในขณะที่เครื่องยนต์อุ่นเครื่อง สารหล่อเย็นเครื่องยนต์จะถูกควบคุมโดยเทอร์โมสตัทไปยังทางเข้าของปั๊มหมุนเวียน และจะถูกส่งกลับไปยังเครื่องยนต์โดยตรง โดยบายพาสหม้อน้ำ การกำหนดทิศทางของน้ำให้ไหลเวียนผ่านเครื่องยนต์เท่านั้นช่วยให้เครื่องยนต์มีอุณหภูมิการทำงานที่เหมาะสมที่สุดโดยเร็วที่สุด ขณะเดียวกันก็หลีกเลี่ยง "จุดร้อน" ในท้องถิ่น เมื่อสารหล่อเย็นถึงอุณหภูมิที่เทอร์โมสตัทเปิดใช้งาน เทอร์โมสตัทจะเปิดขึ้นเพื่อให้น้ำไหลผ่านหม้อน้ำเพื่อป้องกันไม่ให้อุณหภูมิสูงขึ้น
