基本原理
從熱力學角度，無填料噴霧冷卻塔和傳統填料冷卻塔都屬于濕式冷卻塔，主要通過水與空氣直接接觸時的熱濕交換進行熱量傳遞。熱濕交換的結果是熱量由水傳給空氣，水溫下降，空氣溫度和含濕量增加。
由熱力學理論可知，溫差是傳熱過程的推動力，而水蒸汽分壓力則是濕（質）交換的推動力。空氣與水接觸時，部分水吸收主體水的熱量，蒸發形成水蒸汽，水蒸汽很快進入附近空氣中，在水表面形成飽和空氣邊界層。飽和空氣邊界層和主流水之間存在熱傳導，同時與主流空氣之間存在分子擴散和紊流擴散。正是這些擴散作用，使得邊界層的飽和空氣與主流空氣不斷摻混，主流空氣越來越接近飽和狀態，因此，水與空氣的熱濕交換過程可以視為水蒸發吸熱過程、水與飽和空氣邊界層之間的導熱過程和主流空氣與邊界層空氣不斷混合過程的疊加。假定與空氣接觸的水質量無限大，空氣與水的接觸時間無限長，即在所謂極限條件下，那么全部空氣都能達到等于水溫的飽和狀態。而在冷卻塔系統中，極限情況就是水溫降低到進入冷卻塔的空氣初狀態下的濕球溫度。
，冷卻塔的冷卻降溫效果取決于3個方面：（1）氣水比，即塔內冷卻空氣量與冷卻水量的比值；（2）塔內冷卻空氣和冷卻水接觸的比表面積；（3）冷卻水在塔內與空氣的換熱時間。無填料噴霧冷卻塔去除了填料，極大地減小了塔內系統阻力，增大了冷卻空氣量，從而增大了氣水比；同時，無填料噴霧冷卻塔通過噴霧裝置將冷卻水霧化成細小水滴，在換熱區內熱水滴與冷風進行顯熱交換和潛熱交換，增加了換熱面積，從而增大了氣液接觸的比表面積。
結構特點
1、無填料噴霧冷卻塔采用高效低壓離心霧化裝置作為冷卻元件取代了傳統的填料塔的填料和布水裝置，使整塔幾乎成為一個空塔，結構大大簡化。
2、無填料噴霧冷卻塔在取消填料和布水裝置后，將霧化裝置安裝在進風道上方，水的噴射方向與軸流風機抽吸的冷風同向，同時水有上升和下降兩個過程，冷卻也有順流冷卻和逆流冷卻兩個過程。
3、無填料噴霧冷卻塔是通過霧化裝置將水噴成霧狀，使空氣和水的微小粒狀均勻接觸，而填料塔是通過布水噴頭將水分布在填料上以膜狀與冷風接觸。
4、無填料噴霧式塔因填料取消，使塔體載荷大大減小，勿需更多支承梁板，土建結構簡化，節約土建投資。 
優點
1、阻力小、冷卻溫差大、效果好
該型冷卻塔由于取消了填料，塔的系統阻力降至原來的1/2，在風機相同的情況下，由風機特性曲線可知，風量增至原來的1.2倍。氣水比也增至原來的1.2倍，因此冷卻溫差較填料塔大2℃。無填料噴霧式冷卻塔噴霧霧粒均勻、無堵塞、無維修、運行穩定可靠。由于無填料冷卻塔的冷卻元件（高效低壓離心霧化裝置）將水噴射成0.5mm微小霧滴，其比表面積遠大于水被填料分散成膜狀的比表面積，氣水傳熱表面積大，且布水均勻，避免了填料老化變形及堵塞而產生的死區、溝流等導致冷卻點溫度分布不均勻現象，冷卻效果明顯優于填料塔。
2、壽命延長
該型克服了填料塔填料老化、變形脆裂和布水噴頭堵塞及沖落、填料脆片堵塞管道、泵和換熱器等一系列影響塔和工藝系統設備性能的現象。其壽命較填料塔延長叁年以上。
3、運行費用低，后期維護費用少
節能：低壓霧化裝置工作壓力僅為0.035MPa，比水壓自轉式霧化裝置工作壓力0.2MPa低0.17MPa，配套水泵功率大大降低。無填料噴霧塔系統阻力為填料塔的1/2左右，在冷卻水量、風機相同時，配套電機功率降至填料塔的60%，節能，加之消除了清洗更換填料和布水噴頭的費用，運行費用大大降低。

無填料噴霧冷卻塔的適用范圍:  
工業生產或制冷工藝過程中產生的廢熱，一般要用冷卻水來導走。冷卻塔的作用是將挾帶廢熱的冷卻水在塔內與空氣進行熱交換，使廢熱傳輸給空氣并散入大氣中。例如：火電廠內，鍋爐將水加熱成高溫高壓蒸汽，推動汽輪機做功使發電機發電，經汽輪機作功后的廢汽排入冷凝器，與冷卻水進行熱交換凝結成水，再用水泵打回鍋爐循環使用。這一過程中蒸汽的廢熱傳給了冷卻水，使水溫度升高，挾帶廢熱的冷卻水，在冷卻塔中將熱量傳遞給空氣，從風筒處排入大氣環境中。冷卻塔應用范圍：主要應用于空調冷卻系統、冷凍系列、注塑、制革、發泡、發電、汽輪機、鋁型材加工、空壓機、工業水冷卻等領域，應用多為空調冷卻、冷凍、塑膠化工行業。