空气压缩机在运行过程中压缩空气会产生大量的热量，这些热量如果不及时消除掉就很容易引起设备高温从而出现故障。因此空压机的冷却系统必不可少。空压机的冷却介质主要有润滑油、冷却水、空气。分别用于空压机系统内部的冷却、中大型空压机以及移动式空压机或者使用环境缺水的场合使用。
冷却系统目前主要有风冷冷却系统和水冷冷却系统下面针对这两种系统来进行介绍。
按冷却水通过气缸与中间冷却器顺序分类
1、并联式冷却系统，冷却水从总进水管分别流到各级气缸与中间冷却器，然后再分别流入总排水漏斗。这种系统水量可分别调节，冷却效果良好，查找故障方便，但系统管线较复杂，水耗量相对于串联式要高一些。
2、混联式冷却系统 冷却水分别从总水管引入各中间冷却器，然后分别导至相应的各级气缸，最后汇入总排水管。该系统兼有并联与串联的优点，主要用于多级压缩机。
3、串联式冷却系统，串联式冷却系统中，冷却水先进入中间冷却器，再顺序流经第Ⅰ级与第Ⅱ级气缸，最后流经后冷却器后排出。该系统特点是结构简单、水的温升较高、水耗量较少，其缺点是发生故障时检查不方便。这是两级压缩机常用的形式。
按冷却水应用方式分类
1、开式冷却系统冷却水循环使用，冷却水因冷却气体而升温后，再送至水冷却塔或水冷却池进行冷却，然后再循环使用。此种系统水质容易控制，并且不会污染环境，但需定期补充水，并且冷却塔与管道配置及水泵要增加一次性投资，泵与冷却塔中的风扇也要消耗电能，它们实际上也要加入单位气体的耗电量中。
2、闭式冷却系统冷却水始终置于管道内。因冷却气体而升温的水，再通过专门的热交换器释放热量。导热的介质在缺水地区为空气；在有水源但不宜直接用于级间冷却时（如海水），则可考虑用水冷却，但此种热交换器应特殊设计。
3、冷却水一次性使用当压缩机装置靠近江、河、湖泊等水源，并可直接应用时，冷却水因冷却气体而升温后，即排入水源下流处。此种场合应特别注意水质要求及是否会污染水源。一次性地用城市供水系统的水源是非常不经济的，仅在不经常使用的小型压缩机装置上允许应用。
风冷式冷却系统
1、中型风冷多级压缩机装置，为方便管道布置，组合式风冷冷却器配置在压缩机非驱动侧，冷却器风扇由单独的电动机经皮带传动来驱动。若为立式或角度式压缩机，且不做成集装箱式结构，则冷却器可安置在压缩机上部。
2、小型风冷压缩机装置为使冷却气流均匀，中间冷却器置于风扇进气侧，由风扇抽气冷却，气缸置于吹风侧，为保证气缸良好冷却，应设置导流罩。
3、微型风冷压缩机装置微型风冷压缩机装置的结构比较简单，大都利用带轮轮辐做成风扇，把排气管道做成盘管（光管或带翅片）；由风扇形成的气流先通过盘管再冷却气缸。
