自然通風冷卻塔（natural draft cooling tower）靠塔內外的空氣密度差或自然風力形成的空氣對流作用進行通風的冷卻塔。

循環水通過上水管道、豎井到主水槽，分配到分水槽、配水槽，再由噴嘴噴灑，向下噴灑的高溫水與向上流動低溫空氣相接觸，產生接觸傳熱，同時，還會因為水的蒸發產生蒸發傳熱，熱水表面的水分子不斷轉化為水蒸氣，在該過程中，從熱水中吸收熱量，使水得到冷卻。填料的作用是增大水與空氣的接觸面積，增長接觸時間，故要求填料的親水性強，通風阻力小。

空氣從進風口進入塔體．穿過填料下的雨區，和熱水流動成相反方向流過填料（也稱逆流式），塔外冷空氣進人冷卻塔后，吸收由熱水蒸發和接觸散失的熱量，溫度增加，濕度變大，密度變小．而塔外空氣溫度低、濕度小、密度大。由于塔內、外空氣密度差異，在進風口內外產生壓差，致使塔外空氣源源不斷地流進塔內。