在金屬加工中切削熱主要來源于金屬的塑性變形，切削區的冷卻過程就是固體與流體之間的傳熱過程。
低溫微量潤滑的冷卻作用是通過低溫油霧與加工區進行復雜的熱交換，將全部或大部分切削熱帶走而實現強力冷卻降溫。加工區的切削熱，若忽略微小的損失，可以簡單的認為加工過程中輸入的總能量全部轉化為切削熱，輸出的總能量即為主運動消耗的功率。
Q
切=F
z·V=P
m（1）
公式中：Q
切為單位時間內切削區產生的切削熱量（J/s）；
F
z為主切削力（N）；V為切削速度（m/s）；
P
m為切削功率（N·m/s）。雖然切削加工時換熱方式比較復雜，但仍可認為遵守牛頓換熱公式，即
q=h（T
w－T
f）（2）
公式中：q為熱流密度（W/m2）；
h為換熱系數（W/m2
K）；
T
w為壁面溫度（K）；
T
f為流體溫度（K）。
牛頓冷卻公式中，換熱系數h包括所有影響換熱的因素，而油霧冷卻在加工區的實際換熱過程比較復雜，因此，換熱系數h難以確定。建議按照沸騰中的Rohsenow經驗公式計算加工區換熱的平均熱流密度，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為換熱的平均熱流密度（W/m2 ）；μ
L為流體動力粘度（N·s/m2
）；h
fg為流體汽化潛熱（J/kg），g為重力加速度（m/s2
）；ρ
L和ρ
r分別為流體和蒸汽密度（kg/m3）；g
L為比例常數（kg·m/N·s2
）；σ為液體表面張力（N/m2
）；G
PL為液體定壓比熱（J/kg）；C
sf為鋼表面與液體都組合系數（無量綱）；P
rL為液體的普朗特常數（無量綱）；ΔT為過yw度（K），ΔT=T
w－T
s；T
w為壁面溫度（K）；T
s為液體飽和溫度（K）。
整個當量平面上的換熱量為
Q
換=q
s·A
當量（4）
由于流體與固體分子之間的吸引力和流體粘度作用，在固體表面就有一個流體滯流層，從而增加了熱阻。滯流層越厚，熱阻越大，而滯流層的厚度主要取決于流體的流動性即粘度。固體-流體的傳熱過程見圖
根據Rohsenow的熱流密度經驗公式，潤滑油粘度較大，平均熱流密度較大，但是流動性差，循環速度慢，從摩擦表面帶走的熱量的速度也就慢，故冷卻效果一般；氣體粘度較小，流動性強，換熱速度快，換熱面積大，但平均熱流密度小，帶走的熱量較少，冷卻效果也不好。氣液兩相流體的動力粘度可表示為
μ=μ
f－（μ
f－μ
g）·x
（5）
式中：μ
f為流體的動力粘度；μ
g為氣體的動力粘度；x為質量系數，x=w
f/（w
f·w
g），w
f為液相質量流量，w
g為氣相質量流量。
顯然式中，μ
g<μ<μ
f，即氣液兩相混合流體的粘度μ介于單相液體的粘度與氣體粘度之間。故油霧的熱流密度介于潤滑油與氣體之間，但流動性比潤滑油好，換熱速度快，故油霧的冷卻效果較好。因此，油霧冷卻實際上綜合了氣液兩種流體的降溫效果的優點。而對于傳統切削液，低速時由于較好的換熱及流動性可以起到良好的冷卻作用，但是在高速加工下，傳統切削液已經無法發揮本身的作用。
低溫微量潤滑通過降低油霧的溫度，增大金屬表面和油霧之間的溫差ΔT，進一步提高換熱的平均熱流密度q
s，從而達到更有效的冷卻效果。同時，高壓高速流動的油霧能夠及時將切屑沖走，并帶走大量的熱量，進一步增強了降溫效果。
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