恒溫恒濕試驗機的控制系統可以說是整個設備的心臟，負責制冷、加熱、濕度控制、循環和控制。
制冷方面，壓縮機從德國進口。制冷系統由高溫部分和低溫部分組成，每個部分是一個相對的制冷系統。高溫部分的制冷劑的蒸發從低溫部分的制冷劑中吸收熱量并蒸發；低溫制冷劑的蒸發吸收被冷卻物體(試驗機內的空氣)的熱量，獲得冷量。高溫部分和低溫部分通過蒸發式冷凝器連接，蒸發式冷凝器既是高溫部分的冷凝器又是低溫部分的冷凝器。
加熱系統采用全立式鎳鉻合金電熱式，電阻率高，電阻溫度系數低，高溫變形小，不易脆化。自熱溫度可達1000 ~ 1500℃，使用壽命長。
加濕是恒溫恒濕試驗箱的主要部分，不同于高低溫試驗箱。恒溫恒濕試驗箱采用外部隔離和全不銹鋼鍋爐淺層蒸發加濕器。除濕采用機械制冷除濕，將空氣冷卻到溫度以下，使大于飽和含水量的水蒸氣冷凝析出，從而降低濕度。
送風循環系統:送風循環系統由耐溫低噪音空調電機和多葉片離心風輪組成。它提供測試機器中的空氣循環。
控制系統是綜合試驗箱的核心，決定著試驗機的升溫速率、精度等重要指標。試驗機的控制器大部分采用PID控制，少數采用PID和模糊控制相結合的控制方式。因為控制系統基本上屬于軟件的范疇，而且這部分在使用過程中不會出現問題。
恒溫恒濕試驗箱由溫度調節(加熱和制冷)和加濕兩部分組成。通過安裝在箱體頂部的旋轉風扇，將空氣排入箱內，實現氣體循環，平衡箱內溫濕度。箱內內置的溫濕度傳感器采集的數據傳輸到溫濕度控制器(微型信息處理器)進行編輯，發出溫濕度調節指令，由空氣加熱單元、冷凝管和水箱內的加熱蒸發單元完成。
恒溫恒濕箱設有多重保護措施；溫度系統配有超溫保護器，可設定較大的安全允許溫度，當旋轉風扇停止時，空氣加熱元件可自動斷電；加濕系統可以隨著加濕罐內水位的下降而停止供電；隨著溫度(超過40℃)或濕度的增加，制冷系統也停止工作。
恒溫恒濕箱的溫度調節是通過箱內內置的溫度傳感器采集數據，通過溫度控制器(微型信息處理器)進行調節，開啟空氣加熱裝置升高溫度或調節制冷電磁閥降低箱內溫度，從而達到控制所需的溫度。恒溫恒濕箱的濕度調節是通過內置的濕度傳感器采集數據，由濕度控制器(微型信息處理器)進行調節，打開水箱的加熱元件，通過蒸發水箱中的水來增加箱內的濕度或調節制冷電磁閥來達到除濕的效果，從而達到所需的濕度控制。