Во время работы основного двигателя Д-240 циркуляция охлаждающей жидкости в системе охлаждения создается центробежным водяным насосом.

При нагревании до температуры более 70°С охлаждающая жидкость из полостей рубашки блока и головки поступает через термостат в верхний бак радиатора. Опускаясь по трубкам сердцевины в нижний бак, она отдает тепло потоку воздуха, создаваемому вентилятором. Охлажденная жидкость из нижнего бака радиатора забирается водяным насосом и подается вновь через канал в рубашку блока цилиндров.

Когда температура охлаждающей жидкости (воды) опускается ниже +70°С, термостат автоматически направляет весь поток непосредственно к водяному насосу, минуя водяной радиатор. При запуске основного двигателя Д-240Л, пусковым, охлаждающая жидкость нагревается в водяной рубашке, поднимается в головку, а оттуда по патрубку и водоотводящей трубе через корпус термостата поступает в рубашку головки блока, где отдает тепло. Из головки блока охлажденная жидкость по патрубку поступает опять в рубашку цилиндра пускового двигателя.