恒温恒湿试验箱制冷系统是综合试验箱的关键部分之一。一般来说，制冷方式都是机械制冷以及辅助液氮制冷，机械制冷采用蒸汽压缩式制冷，它们主要由压缩机，冷凝器，节流机构和蒸发器组成。如果我们试验的温度低温要达到-55℃，单级制冷难以满足要求，因此恒温恒湿箱的制冷方式一般采用复叠式制冷。恒温恒湿箱的制冷系统由两部分组成，分别称为高温部分和低温部分，每一部分是一个相对独立的制冷系统。高温部分中制冷剂的蒸发吸收来自低温部分的制冷剂的热量而汽化；低温部分制冷剂的蒸发则从被冷却的对象吸热以获取冷量。高温部分和低温部分之间是用一个蒸发冷凝器联系起来，它既是高温部分的冷凝器，也是低温部分的冷凝器。
恒温恒湿试验箱传感器主要是温度和湿度传感器。温度传感器应用较多的是铂电组和热电偶。湿度的测量方法有两种:干湿球温度计法和固态电子式传感器直接测量法。由于干湿球法测量精度不高，现在的恒温恒湿箱正逐步的以固态传感器代替干湿球来进行湿度的测量。恒温恒湿试验箱空气循环系统一般有离心式风扇和驱动其运转的电机构成。它提供了试验箱内空气的循环。
恒温恒湿试验箱的加热系统相对制冷系统而言，是比较简单。它主要有大功率电阻丝组成，由于试验箱要求的升温速率较大，因此试验箱的加热系统功率都比较大，而且在试验箱的底板也设有加热器。控制系统是综合试验箱的核心，它决定了试验箱的升温速率，精度等重要指标。现在恒温恒湿试验箱的控制器大都采用PID控制，也有少部分采用PID与模糊控制相组合的控制方式。
当恒温恒湿箱完成低温运转时，最好温度在60℃时实行干燥处理约30分钟后再打开箱门，以免影响后面试验时的测定时间或造成蒸发器结冰的现象；在恒温恒湿箱机器操作时，除非在万不得已必须要打开的情况下，否则请不要随便打开箱门。使用恒温恒湿箱时一定要保证是安全确实的接地，以免产生静电感应；电路断路器和超温保护器这种提供测试品以及操作者人身安全的保护设备，一定要定期进行详细的检查；非本机工作人员不可对恒温恒湿箱机器进行维修和检查，并且在检查时，除了有专职人员进行之外，同时还要有专业的电工及电路检修人员，防止不知情的人员进行通电合闸，从而造成触电危险。