Потому что растворение — это совокупность двух энергетических процессов: разрыв ионной решётки (эндотермический) и гидратация ионов (экзотермический). Суммарная теплота растворения равна
$$\Delta H_{\mathrm{sol}}=\Delta H_{\mathrm{lattice}}+\Delta H_{\mathrm{hydration}},$$ где $\Delta H_{\mathrm{lattice}}>0$ (поглощается энергия) и $\Delta H_{\mathrm{hydration}}<0$ (выделяется энергия). Для NaCl суммарно получается слегка эндотермическая величина, примерно
$$\Delta H_{\mathrm{sol}}\approx +3.9\text{kJ/mol},$$ поэтому раствор поглощает немного тепла у воды и её температура падает.
Падение температуры ограничено величиной $\Delta H_{\mathrm{sol}}$ и теплоёмкостью системы; приближённая оценка для 1 моль NaCl в 1 кг воды:
\[
\Delta T\approx\frac{\Delta H_{\rm sol}}{m c}\approx\frac{3.9\ \text{kJ}}{1\ \text{kg}\cdot 4.18\ \text{kJ/(kg·K)}}\approx 0.9\ \text{K}.
\]
Затем система приходит в тепловое равновесие: либо, если сосуд теплообменный, тепло подводится из окружения и температура возвращается к внешней, либо, если изолирован — остаётся пониженной на величину, соответствующую поглощённой энергии. После завершения процесса растворения и установления равновесия обмен теплотой прекращается.