電機以往所使用的冷卻方式(包括空冷、氫冷和水冷)從熱學原理上來講都是利用介質的比熱吸熱從而帶走熱量。而蒸發冷卻從熱學原理上是利用流體沸騰時的汽化潛熱帶走熱量。這種利用流體沸騰時的汽化潛熱的冷卻方式就叫做"蒸發冷卻"。由于流體的汽化潛熱要比流體的比熱大很多，所以蒸發冷卻的冷卻效果更為顯著。其中管道內冷式蒸發冷卻的基本原理是：當電機繞組空心導體內部通以冷卻液體，液體進入導體后，吸收損耗產生的熱量，溫度逐漸升高。當液體的溫度達到壓力所對應的飽和溫度時，就改變其物理狀態而沸騰汽化，帶走熱量，冷卻電機。定子自循環蒸發冷卻系統如圖1，它利用立式水輪機本身的結構特點在存在密度差的情況下可以實現無泵自循環。
其原理是：當空心導體內的冷卻介質吸收空心導線損耗所發散的熱量逐漸汽化形成汽液混合物，其密度低于回液管中的單相液體密度，在重力加速度的作用下產生流動壓頭，克服整個冷卻回路的阻力損失，維持系統循環。