在冷却塔中水被冷却，一部分热量由于水的表面蒸发而传递到大气中（将一部分水变成汽，藉扩散和对流的作用转入空气），另一部分热量则由于水和空气的温差形成的接触散热（热传导和对流的作用）而传播到大气中去。此外，由于种射也将若于热量从水中引走，但由辐射作用而引出的热量与其它两种散热形式比较，相当微小，因而在组成冷却塔的热平衡时可以忽略不计。
根据气体动力学理论，水从它与空气相接触的表面燕发的机理是这样的，水分子处在无规则的热运动状态中，并且其运动速度的波动范围很大，而那些具有最大速度的分子(确切地说是具有最大动能的分子)冲出水的表面锡入空气中，调之蒸发。能够从水中脱出的分子只是那些靠近表面的、并且具有相当大的垂直于水表面的分速度的、能克服分子内聚力的分子。从水表面脱出的水分子与空气分子相碰，改变自己运动的方向和速度。一部分从水中脱出的分子，当与空气分子碰撞后可能重新回到水表面，然后又反射到空气中或者被水吸收(冷凝)。而另一部分从水表面脱出的分子由于扩散和对流的作用进入空气，无可挽回地损失的水分子成为空气中的水蒸汽，这一部分水分子的资失便是伴随物质转移或称之为物质交换的区发过程的实质。
有一个所谓蒸发速度的概念，即在单位时间内水量的减少。在水与蒸汽分压力相同的情况下，蒸发的速度被认为等于零，虽然从液相变为蒸汽的过程没有停止，但却被相反的冷此过程，即蒸汽分子过渡到液相的过程完全抵消了。也就是说蒸发出去的分子数量等于单位时间内从水表面脱出去的分子数量与凝结回水表面的蒸汽分子的数量之差。
