柴油发电机冷却方式一般分为空气、氢气、和水三种。一般的同步发电机，冷却系统为封闭式，冷却介质都是循环使用的。
1、空气冷却：
空气冷却都是采用风扇送风的方式，用冷空气对着柴油发电机组绕组端部，发电机组定子和转子进行吹拂散热的，冷空气吸取热量后变为热空气，在定子和转子之间的气息初汇合后，再经铁芯的风道排出，通过冷却器进行冷却。被冷却后的空气再由风扇送入发电机内部循环使用，以达到散热的目的。一般采用空气冷却的都是中小型同步发电机组。
2、氢气冷却：
氢气冷却是采用氢气作为冷却介质。氢气的散热性能比空气的散热性能好，大型汽轮发电机组大多采用氢气冷却。
3、水冷却：
水冷却是采用定子、转子双水内冷的方式。
定子水系统的冷水外部水系统通过水管流至装在定子基座上的进水环，再分别经绝缘管流向各个线圈，吸收热量后再经绝缘水管汇总到装在机座上的出水环，然后排入发电机外部的水系统进行冷却。
转子水系统的冷却先进入装在励磁机侧轴端的进水支座，然后流入转轴中心孔内，再沿着几个经向孔流到集水箱，然后经绝缘管流向各线圈。冷水吸热后，经绝缘管流入出水箱，再通过出水箱外缘上的排水孔流到出水支座，由出水总管引出。
由于水的散热性能远高于空气和氢气，因此，新建的大、中型发电机厂家的发电机组一般都采用水冷却方式。