恒溫恒濕機(jī)由制冷系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，濕度系統(tǒng)，送風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，和傳感器系統(tǒng)等組成，上述系統(tǒng)分屬電氣和機(jī)械制冷兩大方面。下面敘述幾個主要系統(tǒng)的工作原理和工作過程。
制冷系統(tǒng)
制冷系統(tǒng)是綜合試驗箱的關(guān)鍵部分之一。一般來說，制冷方式都是機(jī)械制冷以及輔助液氮制冷，機(jī)械制冷采用蒸汽壓縮式制冷，它們主要由壓縮機(jī)，冷凝器，節(jié)流機(jī)構(gòu)和蒸發(fā)器組成。如果我們試驗的溫度低溫要達(dá)到-55℃，單級制冷難以滿足要求，因此恒溫恒濕箱的制冷方式一般采用復(fù)疊式制冷。
恒溫恒濕的制冷系統(tǒng)由兩部分組成，分別稱為高溫部分和低溫部分，每一部分是一個相對獨(dú)立的制冷系統(tǒng)。
高溫部分中制冷劑的蒸發(fā)吸收來自低溫部分的制冷劑的熱量而汽化；低溫部分制冷劑的蒸發(fā)則從被冷卻的對象（試驗箱內(nèi)的空氣）吸熱以獲取冷量。高溫部分和低溫部分之間是用一個蒸發(fā)冷凝器聯(lián)系起來，它既是高溫部分的冷凝器，也是低溫部分的冷凝器。
加熱系統(tǒng)
加熱系統(tǒng)相對制冷系統(tǒng)而言，是比較簡單。它主要有大功率電阻絲組成，由于試驗箱要求的升溫速率較大，因此試驗箱的加熱系統(tǒng)功率都比較大，而且在試驗箱的底板也設(shè)有加熱器。
控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)是綜合試驗箱的核心，它決定了試驗箱的升溫速率，精度等重要指標(biāo)。現(xiàn)在試驗箱的控制器大都采用PID控制，也有少部分采用PID與模糊控制相組合的控制方式。由于控制系統(tǒng)基本上屬于軟件的范疇，而且此部分在使用過程中，一般不會出現(xiàn)問題。濕度系統(tǒng)和溫度系統(tǒng)分為加濕和除濕兩個子系統(tǒng)。