空气冷却塔是混合热交换装置。作用是让冷却水同空气进行充分的接触并充分混合以增加热传递面积并加强热传递，通常使用“填料塔”或“筛板”。
填料塔是一个装有填料（陶瓷环，塑料环等）的圆形钢制容器。冷却水从塔的顶部喷出，并与从底部向上流动的空气混合以进行热质交换。空气将热量传递给冷却水，从而降低其温度并提高水温。为了防止空气中产生水滴，通常将拉西哥环（或不锈钢丝网）填料分离器（也称为捕集层）和机械水分离器（惯性分离）安装在塔的上部。喷淋装置喷出的冷却水通过分配器向下流向填料层，并设有溢流环，用于在填料层中以规则的间隔重新分配水，以免使水直接向下流向容器壁而影响容器传热效果。温度升高的冷却水从下部抽出并送至水冷却塔或排出。冷却后的空气从塔顶排出，然后送至空气分离塔或分子筛吸附器。填料塔的缺点是填料容易被水垢堵塞，填料形成大块，难以清洗和更换。
筛板塔与精馏塔的筛板塔类似，但塔板数少（通常约5个），筛孔直径和孔间距较大（孔径约5毫米，孔间距约9毫米）。冷却水通过喷淋装置从顶部喷出，并通过筛孔逐层向下流向塔盘，空气从塔底向下逆流通过筛孔向上鼓泡。气液两相在筛板上剧烈运动形成泡沫层，增加了气液接触面积和扰动程度，使气液能进行良好的传热传质，效果优于填料塔。
