Dans la tour, l’eau réchauffée est arrosée par le haut sur le garnissage, et le ventilateur aspire l’air par le bas ou par le côté. Une petite partie de l’eau s’évapore et prend sa chaleur d’évaporation à l’eau restante ; l’eau refroidie tombe dans le bassin et retourne au condenseur par la pompe. Le refroidissement par évaporation dépend non de la température sèche de l’air, mais de sa température humide ; c’est pourquoi la tour donne une température de condensation plus basse que le condenseur à air. Elle est répandue avec les chillers de grande puissance et dans les installations industrielles.
L’eau en sortie de tour peut être refroidie jusqu’à 3–5 K au-dessus de la température humide ; cet écart s’appelle l’approche. Un jour d’été où la température humide est de 22 °C, l’eau revient à 26–27 °C et la température de condensation est de l’ordre de 35 °C ; le même jour, par un air sec à 36 °C, le condenseur à air condense à 46–50 °C. L’écart représente 25–35 % sur la consommation du compresseur. La plage de refroidissement de l’eau dans la tour est généralement de 5 K. Le choix de la tour se fonde sur la température humide de conception du lieu.
La contrepartie est la consommation d’eau. Pour 1 kW de chaleur rejeté, environ 1,5 litre d’eau s’évapore par heure. L’eau évaporée étant pure, le calcaire et les sels s’accumulent dans le bassin ; pour limiter la concentration, une partie de l’eau est évacuée en continu (purge de déconcentration). La consommation totale atteint 1,3–2 fois l’évaporation : une tour rejetant 500 kW de chaleur demande à pleine charge 25–35 m³ d’eau par jour. Un adoucissement de l’eau, un conditionnement chimique et une purge automatique asservie à la conductivité sont nécessaires.
Dans la tour ouverte, l’eau du condenseur est en contact direct avec l’air ; dans la tour à circuit fermé, l’eau passe à l’intérieur d’un serpentin et reste propre. Le condenseur évaporatif, lui, condense directement le fluide dans le serpentin et supprime le circuit d’eau intermédiaire. L’entretien ne souffre aucune négligence : une eau tiède et stagnante est propice au développement de la légionelle. Le bassin est nettoyé régulièrement, on applique un biocide et les pare-gouttelettes sont maintenus en bon état. En hiver, on prévoit contre le gel un réchauffeur de bassin ou une vidange. Le coût de l’eau et de l’entretien s’évalue avec le gain d’énergie.