恒溫恒濕試驗箱由制冷系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，濕度系統(tǒng)，送風循環(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。
1.制冷系統(tǒng)：恒溫恒濕試驗箱制冷系統(tǒng)是綜合試驗箱的關(guān)鍵部分之一。一般來說，制冷方式都是機械制冷以及輔助液氮制冷，機械制冷采用蒸汽壓縮式制冷，它們主要由壓縮機，冷凝器，節(jié)流機構(gòu)和蒸發(fā)器組成。如果我們試驗的溫度低溫要達到-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。恒溫恒濕箱的制冷系統(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。
2.加熱系統(tǒng)：恒溫恒濕試驗箱的加熱系統(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。
3.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。現(xiàn)在恒溫恒濕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。
4.濕度系統(tǒng)：恒溫恒濕試驗箱濕度系統(tǒng)分為加濕和除濕兩個子系統(tǒng)。
恒溫恒濕試驗箱加濕方式一般采用蒸汽加濕法，即將低壓蒸汽直接注入試驗空間加濕。這種加濕方法加濕能力，速度快，加濕控制靈敏，尤其在降溫時容易實現(xiàn)強制加濕。
恒溫恒濕試驗箱除濕方式有兩種：機械制冷除濕和干燥除濕。機械制冷除濕的除濕原理是將空氣冷卻到露點溫度以下，使大于飽和含濕量的水汽凝結(jié)析出，這樣就降低了濕度。干燥器除濕是利用氣泵將試驗箱內(nèi)的空氣抽出，并將干燥的空氣注入，同時將濕空氣送入可循環(huán)利用的干燥進行干燥，干燥完后又送入試驗箱內(nèi)，如此反復(fù)循環(huán)進行除濕?，F(xiàn)在大部分綜合試驗箱采用前一種除濕方式法，后一種的除濕方法，可以使露點溫度達到0℃一下。適用于有特殊要求的場合，但費用較貴。
5.傳感器系統(tǒng)：恒溫恒濕試驗箱傳感器主要是溫度和濕度傳感器。溫度傳感器應(yīng)用較多的是鉑電組和熱電偶。濕度的測量方法有兩種：干濕球溫度計法和固態(tài)電子式傳感器直接測量法。由于干濕球法測量精度不高，現(xiàn)在的恒溫恒濕箱正逐步的以固態(tài)傳感器代替干濕球來進行濕度的測量。
6.送風循環(huán)系統(tǒng)：恒溫恒濕試驗箱空氣循環(huán)系統(tǒng)一般有離心式風扇和驅(qū)動其運轉(zhuǎn)的電機構(gòu)成。它提供了試驗箱內(nèi)空氣的循環(huán)。