在金属加工中切削热主要来源于金属的塑性变形，切削区的冷却过程就是固体与流体之间的传热过程。
低温微量润滑的冷却作用是通过低温油雾与加工区进行复杂的热交换，将全部或大部分切削热带走而实现强力冷却降温。加工区的切削热，若忽略微小的损失，可以简单的认为加工过程中输入的总能量全部转化为切削热，输出的总能量即为主运动消耗的功率。
Q
切=F
z·V=P
m（1）
公式中：Q
切为单位时间内切削区产生的切削热量（J/s）；
F
z为主切削力（N）；V为切削速度（m/s）；
P
m为切削功率（N·m/s）。虽然切削加工时换热方式比较复杂，但仍可认为遵守牛顿换热公式，即
q=h（T
w－T
f）（2）
公式中：q为热流密度（W/m2）；
h为换热系数（W/m2 K）；
T
w为壁面温度（K）；
T
f为流体温度（K）。
牛顿冷却公式中，换热系数h包括所有影响换热的因素，而油雾冷却在加工区的实际换热过程比较复杂，因此，换热系数h难以确定。建议按照沸腾中的Rohsenow经验公式计算加工区换热的平均热流密度，即
q
s=μ
L·h
fg [g（ρ
L－ρ
r）/ g
L·σ ]
1/2 [G
PL·ΔT /C
sf·h
hg·P
1.7 ·r
L ]（3）
式中：q
s为换热的平均热流密度（W/m2 ）；μ
L为流体动力粘度（N·s/m2 ）；h
fg为流体汽化潜热（J/kg），g为重力加速度（m/s2 ）；ρ
L和ρ
r分别为流体和蒸汽密度（kg/m3）；g
L为比例常数（kg·m/N·s2 ）；σ为液体表面张力（N/m2 ）；G
PL为液体定压比热（J/kg）；C
sf为钢表面与液体都组合系数（无量纲）；P
rL为液体的普朗特常数（无量纲）；ΔT为过余温度（K），ΔT=T
w－T
s；T
w为壁面温度（K）；T
s为液体饱和温度（K）。
整个当量平面上的换热量为
Q
换=q
s·A
当量（4）
由于流体与固体分子之间的吸引力和流体粘度作用，在固体表面就有一个流体滞流层，从而增加了热阻。滞流层越厚，热阻越大，而滞流层的厚度主要取决于流体的流动性即粘度。固体-流体的传热过程见图
根据Rohsenow的热流密度经验公式，润滑油粘度较大，平均热流密度较大，但是流动性差，循环速度慢，从摩擦表面带走的热量的速度也就慢，故冷却效果一般；气体粘度较小，流动性强，换热速度快，换热面积大，但平均热流密度小，带走的热量较少，冷却效果也不好。气液两相流体的动力粘度可表示为
μ=μ
f－（μ
f－μ
g）·x （5）
式中：μ
f为流体的动力粘度；μ
g为气体的动力粘度；x为质量系数，x=w
f/（w
f·w
g），w
f为液相质量流量，w
g为气相质量流量。
显然式中，μ
g<μ<μ
f，即气液两相混合流体的粘度μ介于单相液体的粘度与气体粘度之间。故油雾的热流密度介于润滑油与气体之间，但流动性比润滑油好，换热速度快，故油雾的冷却效果较好。因此，油雾冷却实际上综合了气液两种流体的降温效果的优点。而对于传统切削液，低速时由于较好的换热及流动性可以起到良好的冷却作用，但是在高速加工下，传统切削液已经无法发挥本身的作用。低温微量润滑通过降低油雾的温度，增大金属表面和油雾之间的温差ΔT，进一步提高换热的平均热流密度q
s，从而达到更有效的冷却效果。同时，高压高速流动的油雾能够及时将切屑冲走，并带走大量的热量，进一步增强了降温效果。