Pendinginan oli adalah penggunaan oli mesin sebagai cairan pendingin, biasanya untuk menghilangkan kelebihan panas dari mesin pembakaran internal. Mesin yang panas memindahkan panas ke oli yang kemudian biasanya melewati penukar panas, biasanya sejenis radiator yang dikenal sebagai oil cooler. Minyak yang didinginkan mengalir kembali ke benda panas untuk mendinginkannya secara terus menerus.
Pendingin oli biasa digunakan untuk mendinginkan mesin sepeda motor berperforma tinggi yang tidak berpendingin cairan. Biasanya, laras silinder tetap berpendingin udara seperti sepeda motor tradisional, namun kepala silinder mendapat manfaat dari pendinginan tambahan. Karena sudah tersedia sistem sirkulasi oli untuk pelumasan, oli ini juga disalurkan ke kepala silinder dan digunakan sebagai cairan pendingin. Dibandingkan dengan sistem oli yang hanya digunakan untuk pelumasan, pendinginan oli memerlukan kapasitas oli tambahan, laju aliran yang lebih besar melalui pompa oli, dan pendingin oli (atau pendingin yang lebih besar dari biasanya).
Jika pendingin udara terbukti mencukupi untuk sebagian besar waktu berjalan (seperti untuk mesin aero yang sedang terbang, atau sepeda motor yang sedang bergerak), maka pendinginan oli adalah cara yang ideal untuk mengatasi saat-saat ketika pendinginan ekstra diperlukan (seperti saat mesin aero sedang berjalan sebelum lepas landas, atau sepeda motor di tengah kemacetan lalu lintas kota). Namun jika mesinnya adalah mesin balap yang selalu menghasilkan panas dalam jumlah besar, pendingin air atau cairan mungkin lebih baik.
Mesin penerbangan berpendingin udara mungkin mengalami "pendinginan kejut" saat turun dari ketinggian jelajah sebelum mendarat. Saat turun, tenaga yang dibutuhkan sangat sedikit, sehingga mesin dikekang kembali sehingga menghasilkan panas yang jauh lebih sedikit dibandingkan saat mempertahankan ketinggian. Saat turun, kecepatan udara pesawat meningkat, sehingga meningkatkan laju pendinginan udara pada mesin secara signifikan. Faktor-faktor ini dapat menyebabkan kepala silinder retak; namun penggunaan kepala silinder berpendingin oli secara signifikan mengurangi atau menghilangkan masalah karena kepala silinder sekarang "dihangatkan oli".
Pada tahun 1980-an, Suzuki menggunakan sistem pendingin oli "SACS" pada motor sport GSX-R, namun kemudian beralih ke pendingin air.
Mesin Wankel dilengkapi pendingin oli dan pendingin cair agar berhasil mengelola panas berlebih. Mesin rotari ini paling terkenal penerapannya pada Mazda RX-7 dan RX-8.
Pelumasan adalah bentuk dasar pendinginan oli. Beberapa mesin awal yang berputar lambat akan memiliki "sendok percikan" di bawah ujung besar batang penghubung. Sendok ini akan dicelupkan ke dalam wadah oli dan melemparkan oli, dengan harapan dapat mendinginkan dan melumasi bagian bawah piston.
Minyak memiliki titik didih yang lebih tinggi dibandingkan air, sehingga dapat digunakan untuk mendinginkan benda pada suhu 100 °C atau lebih tinggi. Namun, pendingin air bertekanan juga bisa melebihi 100 °C. Oli merupakan isolator listrik, sehingga dapat digunakan di dalam atau bersentuhan langsung dengan peralatan listrik seperti pada transformator. Oli sudah ada sebagai pelumas, jadi tidak diperlukan tangki pendingin tambahan, pompa atau radiator (walaupun semua item ini mungkin harus lebih besar dari yang lain). Air pendingin dapat bersifat korosif terhadap mesin dan harus mengandung penghambat korosi/penghambat karat, sedangkan minyak secara alami membantu mencegah korosi. Jadi, jika karena kegagalan paking, oli pendingin masuk, katakanlah, ke ruang bakar atau bak, ini hanya akan menimbulkan ketidaknyamanan; tetapi jika air pendingin juga bocor, kerusakan mesin yang parah dapat terjadi.Minyak pendingin mungkin terbatas pada benda pendingin yang bersuhu sekitar 200–300 °C, jika tidak maka minyak akan rusak dan bahkan meninggalkan endapan abu. Air murni dapat menguap atau mendidih, namun tidak dapat terdegradasi, meskipun dapat menjadi tercemar dan bersifat asam. Air umumnya tersedia jika pendingin perlu ditambahkan ke dalam sistem, namun minyak mungkin tidak. Tidak seperti air, minyak dapat terbakar. Panas jenis air atau air/glikol kira-kira dua kali lipat dari minyak, sehingga volume air tertentu dapat terbakar. menyerap lebih banyak panas mesin daripada volume oli yang sama. Oleh karena itu, air mungkin merupakan pendingin yang lebih baik jika mesin secara permanen menghasilkan panas dalam jumlah besar, sehingga lebih baik untuk mesin berperforma tinggi atau mesin balap.
