恒溫恒濕試驗箱是通過三個互相聯絡的系統：制冷劑循環系統、空氣循環系統、電器自控系統。
恒溫恒濕試驗箱制冷劑循環系統：空調蒸發器中的液體制冷劑消化吸收空氣的發熱量(空氣被減溫及去濕)并剛開始揮發，最后制冷劑與空中間產生一定的溫差，液體制冷劑亦徹底揮發變成汽態，后被制冷壓縮機吸進并縮小(工作壓力和溫度提升),汽態制冷劑通過冷卻器(風冷式/水冷散熱)消化吸收發熱量，凝固成液體。通過空調膨脹閥(或毛細血管)節流閥后變為超低溫底壓制冷劑進到空調蒸發器，進行制冷劑循環系統全過程。
恒溫恒濕試驗箱空氣環系統：離心風機承擔將空氣從送風口吸進，空氣歷經空調蒸發器(減溫、去濕)，空氣加濕器，電加熱裝置(提溫)后經正壓送風口送至客戶需的室內空間內，送出去的空氣與室內空間內的空氣混和后返回送風口。
恒溫恒濕試驗箱電器自控系統：包含開關電源一部分和自動控制系統一部分。開關電源一部分通過交流接觸器，對制冷壓縮機、散熱風扇、電加器器，空氣加濕器等供貨開關電源自動控制系統分一部分又分成溫、環境濕度操縱及常見故障維護一部分:溫、環境濕度操縱是通過溫、濕度控制器，將送風的溫度濕度與客戶設置的溫濕度作比照，自啟動制冷壓縮機(減溫、去濕)，空氣加濕器，電加熱器(提溫)等元器件，完成恒溫恒濕的自動控制系統。
恒溫恒濕試驗箱由制冷系統、加熱系統、控制系統、溫度系統、空氣循環系統和傳感器系統六個部分組成，上述系統分屬電氣和機械制冷兩大方面。幾個主要系統的工作原理和工作過程如下：
1、制冷系統：恒溫恒濕試驗箱的制冷系統是恒溫恒濕試驗箱的重要組成部分之一。
2、加熱系統：恒溫恒濕試驗箱的加熱系統相對制冷系統而言，是比較簡單。它主要有大功率電阻絲組成，由于恒溫恒濕試驗箱要求的升溫速率較大，因此試驗箱的加熱系統功率都比較大，而且在試驗箱的底板也設有加熱器。
3、控制系統：控制系統是恒溫恒濕試驗箱的核心控制部分,它決定了恒溫恒濕試驗箱的升溫速率，精度等重要指標。現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，一般不會出現問題。
4、濕度系統：恒溫恒濕箱的濕度系統分為加濕和除濕兩個子系統。恒溫恒濕試驗箱的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,尤其在降溫時可以輕易實現強制加濕。
5、傳感器系統：恒溫恒濕試驗箱的傳感器主要是溫度和濕度傳感器。溫度傳感器應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電子式傳感器直接測量法。
6、空氣循環系統：恒溫恒濕試驗箱的空氣循環系統一般有離心式風扇和驅動其運轉的電機構成。它提供了恒溫恒濕試驗箱內空氣的循環。
