一种基于正渗透补水技术的海水循环冷却系统，有设置在冷却塔下方的塔下水池和连接于塔下水池出水口的循环水泵，循环水泵的出水口通过循环冷却水管路连接热交换器的进水管路；自动加药装置的出药口连接于循环冷却水管路上；热交换器出水管路连接冷却塔入水口，循环冷却水管路上并联有包括正渗透装置的海水正渗透回路，循环冷却水管路的前端通过旁路管道连接到正渗透装置的第一入水口；原海水依次通过海水取水管道、海水取水泵和预处理装置连接正渗透装置的第二入水口；正渗透装置的第一出水口通过旁路管道连接到循环冷却水管路的末端；正渗透装置的第二出水口通过正渗透排水管连通大海。本发明不仅可减少对海洋的热污染和药剂污染，同时可也降低系统运行的药剂费用。