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。
恒溫恒濕試驗箱空氣環系統:風機負責從回風口吸入空氣，空氣經過蒸發器(制冷除濕)、加濕器、電加熱器(加熱)后，通過送風口送到用戶需要的空間，送出的空氣與空間內的空氣混合后返回回風口。
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。
恒溫恒濕試驗箱制冷劑循環系統:蒸發器中的液態制冷劑吸收空氣的熱量(空氣被冷卻除濕)開始蒸發。最后制冷劑與空氣形成一定的溫差，液態制冷劑完全蒸發成氣態，然后被壓縮機吸入壓縮(壓力和溫度升高)。氣態制冷劑通過冷凝器(風冷/水冷)吸熱，冷凝成液體。經膨脹閥(或毛細管)節流，成為低溫低壓制冷劑，進入蒸發器，完成制冷劑循環過程。