Hűtőrendszer, olyan berendezés, amelyet arra használnak, hogy egy szerkezet vagy eszköz hőmérséklete ne lépje túl a biztonsági és hatékonysági követelmények által előírt határértékeket. Túlmelegedés esetén a mechanikus erőátvitelben lévő olaj elveszíti kenőképességét, míg a hidraulikus tengelykapcsolóban vagy átalakítóban lévő folyadék a keletkező nyomás hatására szivárog. Egy elektromos motorban a túlmelegedés a szigetelés károsodását okozza. Egy túlhevült belsőégésű motor dugattyúi megrekedhetnek (beragadhatnak) a hengerekben. Hűtőrendszereket alkalmaznak gépjárművekben, ipari üzemek gépeiben, atomreaktorokban és sok más típusú gépben. (Az épületekben használt hűtőrendszerekről lásd: légkondicionálás.)
A hűtőközegek általában levegő és folyadék (általában víz vagy víz és fagyálló oldat), önmagukban vagy kombinálva. Egyes esetekben elegendő lehet a környezeti levegővel való közvetlen érintkezés (szabad konvekció); más esetekben szükség lehet kényszerített légkonvekció alkalmazására, amelyet vagy ventilátor vagy a forró test természetes mozgása hoz létre. A folyadékot a hűtőrendszerben jellemzően szivattyú mozgatja egy folyamatos hurokban.
Egy sebességváltóban, ha a ház (tartály) felülete kellően nagy a teljesítményveszteséghez képest, vagy ha a sebességváltó mozgó járműben van, általában megfelelő a szabad konvekció, és nincs szükség mesterséges hűtésre. A hűtőhatás növelése érdekében a felület növelésével a ház vékony fém lamellákkal is ellátható. Néhány helyhez kötött mechanikus sebességváltónál szükséges lehet a kenőolajat hideg vízzel körülvett csöveken keresztül keringetni, vagy ventilátorral levegőt fújni a tartályban lévő olaj által körülvett csöveken keresztül. Számos villanymotoron egy ventilátor van a forgó elemhez csatlakoztatva, hogy hűtőlevegő áramot hozzon létre a házon keresztül.
A gépkocsiban a jármű mozgása elegendő kényszerkonvekciós hűtést biztosít a sebességváltó és a hátsó tengely fogaskerekei számára; a motorban azonban annyi energia szabadul fel, hogy – néhány korai modell és egyes kis teljesítményű motorral rendelkező kisautók kivételével – a léghűtés nem elegendő, és vízhűtés (radiátor) szükséges.
A tipikus autóhűtőrendszer (1) a motorblokkba és a hengerfejbe öntött csatornák sorozatából áll, amelyek az égéstér körül keringő folyadékkal veszik körül az égéstéreket, hogy elvezessék a hőt; (2) a sok kis csőből álló, a hő gyors konvekciója érdekében méhsejt alakú lamellákkal ellátott radiátorból, amely fogadja és hűti a motorból származó forró folyadékot; (3) egy általában centrifugális típusú vízszivattyú, amely a folyadékot keringeti a rendszerben; (4) egy termosztát, amely a radiátorba jutó folyadék mennyiségének változtatásával szabályozza a hőmérsékletet; és (5) egy ventilátor, amely friss levegőt szív át a radiátoron.
A fagyás megakadályozása érdekében a vízhez fagyálló oldatot adnak, vagy azzal helyettesítik. Az oldat forráspontjának emelése érdekében a hűtőrendszer általában nyomás alatt van a radiátoron elhelyezett nyomósapka segítségével, amelynek szelepei egy előírt nyomáson kifelé, majd befelé nyílnak, hogy megakadályozzák a vákuum kialakulását a rendszer lehűlése során.