在循環冷卻水系統中，水垢是由過飽和的水溶性組分形成的。水中溶解有各種鹽類，如重碳酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物、硅酸鹽等，其中以溶解的重碳酸鹽如Ca（HCO3）2、Mg(HCO3)2不穩定，極容易分解生成碳酸鹽。因此，當冷卻水中溶解的重碳酸鹽較多時，水流通過換熱器表面，特別是溫度較高的表面，就會受熱分解，其反應如下：

 Ca(HCO3)2 → CaCO3↓+H2O+CO2↑

當循環水通過冷卻塔，溶解在水中的CO2會溢出，水的pH值升高，此時，重碳酸鹽在堿性條件下也會發生如下反應：                

Ca(HCO3)2+2OH¯ → CaCO3↓+2H2O+CO23¯

如水中溶有適量的磷酸鹽與鈣離子時，也將產生鱗酸鈣的沉淀：

2PO34¯+3Ca2+ → Ca3(PO4)2↓

上述一系列反應中生成的CaCO3和Ca3(PO4)2等均屬微溶性鹽，它們的溶解度比起Ca(HCO3)2要來小的多。同時，它們的溶解度與一般的眼淚還不同，其溶解度不是隨著溫度的升高而加.大，而是隨著溫度的升高而降.低。因此，在換熱器傳熱表面上在，這些微溶性鹽很容易到達到過飽和狀態而從水中結晶析出，尤其當水流速度小或傳熱面較粗糙時，這些結晶沉淀物就會沉積在傳熱表面上，形成了通常所謂的水垢。由于這些水垢結晶致密，比較堅硬，又稱為硬垢。常見的水垢組成為：碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣、鎂鹽、硅酸鹽。