恒温恒湿试验箱是通过三个互相联络的系统：制冷剂循环系统、空气循环系统、电器自控系统。
恒温恒湿试验箱制冷剂循环系统：空调蒸发器中的液体制冷剂消化吸收空气的发热量(空气被减温及去湿)并刚开始挥发，最后制冷剂与空中间产生一定的温差，液体制冷剂亦彻底挥发变成汽态，后被制冷压缩机吸进并缩小(工作压力和溫度提升),汽态制冷剂通过冷却器(风冷式/水冷散热)消化吸收发热量，凝固成液體。通过空调膨胀阀(或毛细血管)节流阀后变为超低温底压制冷剂进到空调蒸发器，进行制冷剂循环系统全过程。
恒温恒湿试验箱空气环系统：离心风机承担将空气从送风口吸进，空气历经空调蒸发器(减温、去湿)，空气加湿器，电加热装置(提温)后经正压送风口送至客户需的室内空间内，送出去的空气与室内空间内的空气混和后返回送风口。
恒温恒湿试验箱电器自控系统：包含开关电源一部分和自动控制系统一部分。开关电源一部分通过交流接触器，对制冷压缩机、散热风扇、电加器器，空气加湿器等供货开关电源自动控制系统分一部分又分成温、环境湿度操纵及常见故障维护一部分:温、环境湿度操纵是通过温、湿度控制器，将送风的温度湿度与客户设置的温湿度作比照，自启动制冷压缩机(减温、去湿)，空气加湿器，电加热器(提温)等元器件，完成恒温恒湿的自动控制系统。
恒温恒湿试验箱由制冷系统、加热系统、控制系统、温度系统、空气循环系统和传感器系统六个部分组成，上述系统分属电气和机械制冷两大方面。几个主要系统的工作原理和工作过程如下：
1、制冷系统：恒温恒湿试验箱的制冷系统是恒温恒湿试验箱的重要组成部分之一。
2、加热系统：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，由于恒温恒湿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。
3、控制系统：控制系统是恒温恒湿试验箱的核心控制部分,它决定了恒温恒湿试验箱的升温速率，精度等重要指标。现在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。由于控制系统基本上属于软件的范畴，而且此部分在使用过程中，一般不会出现问题。
4、湿度系统：恒温恒湿箱的湿度系统分为加湿和除湿两个子系统。恒温恒湿试验箱的加湿方式一般采用蒸汽加湿法,即将低压蒸汽直接注入试验空间加湿.这种加湿方法加湿能力,速度快,加湿控制灵敏,尤其在降温时可以轻易实现强制加湿。
5、传感器系统：恒温恒湿试验箱的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。
6、空气循环系统：恒温恒湿试验箱的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。它提供了恒温恒湿试验箱内空气的循环。
