用空氣以直接接觸方式使熱水冷卻的設備。涼水塔內發生的冷卻過程遵循水對空氣增濕的原理。在工廠中，為瞭節約用水和控制水質，把使用後已變熱的冷卻水(熱水)進行冷卻然後迴圈使用，而涼水塔則是最常用的熱水冷卻設備。在逆流操作的涼水塔內，熱水從塔頂淋下，與上升的空氣進行熱量傳遞和品質傳遞。在塔的上部，一般熱水的溫度和相應的平衡水汽分壓都較高，熱量和品質由熱水傳給空氣（見圖）。在塔的下部，水溫降到氣溫以下，但比空氣濕球溫度高，這時由於空氣仍是不飽和狀態，水繼續汽化為水蒸蒸氣使空氣增濕，進行質量傳遞，其所需的汽化熱，部分由空氣傳熱給水流進行熱量傳遞，不足部分的熱由水本身溫降提供，因此水溫可繼續降低。當塔高足夠時，水溫可能接近的極限是進口空氣的濕球溫度。涼水塔內裝有填料，以增加水與空氣的接觸表面積。常用的填料形式有點波填料、斜波填料、蜂窩填料以及各種形狀的板條。
氣液兩相在涼水塔內的流動方向有多種，但常用的是逆流。為瞭加強熱濕交換，可提高空氣流速，則需要采用軸流式風機（見流體輸送機械）進行強制通風。