低温级系统中还加配有气热交换器，可使从蒸发器出来的低压气体同进入冷凝蒸发器前的高压气体进行热交换，这样不但减少了冷凝蒸发器的热负荷，而且充分利用了热量。过滤器多采用除蜡型过滤器，其目的是有效去除冷冻油中的石蜡，以降低系统“油堵”的可能性。
超低温冰箱的制冷系统基本采用复叠式制冷的工作原理，选用两台全封闭压缩机作为高、低温级压缩机使用。低温级蒸发器的紫铜管以盘管形式直接盘附于内箱体外侧，并用导热胶泥填堵于盘管与箱壁之间的缝隙中，以增加热交换效果。冷凝蒸发器为壳管式结构，内部为四管螺纹型紫铜管，采用逆流式热交换方式。
超低温冰箱一般有卧式和立式两种箱体。内箱体一般分为多个承物层，每层均设计有可独立开关的内门。外箱体一般由五块冷轧钢板相互直接拼接而成。箱体内外各有60mm和80mm的聚亚氨脂泡沫材料构成。自动调温器为铂电阻敏感器，用于对温度的精确控制。制冷剂现在一般采用环保型制冷剂，以达到环保要求。
此外超低温冰箱根据不同的使用用途还可以选配一些附件，例如，温度记录仪，便于永久记录运行参数;二氧化碳备用系统，用于特殊情况下，保证保存环境的气体保持正常状态;电压增压器，可保证压缩机在低压状态下正常工作。
接通电源时，当面板显示温度比设定的温度高时，第一级压缩机首先启动，第一级制冷系统开始工作，使得第二级制冷系统的冷凝器温度下降，即第二级的制冷剂温度下降，经几分钟的延时后，第二级制冷系统也开始工作，它的蒸发器在冰箱内壁，这可使冰箱内部温度下降很多，它的冷凝器放出的热量全部由第一级制冷系统的蒸发器吸收，第一级冷凝器放出的热量则散人空气中。
当冰箱内部温度达到设定温度后，感温探头电阻把信息传出，控制继电器失电断开，两级制冷系统全部停止工作。当冰箱内温度再次升高，超出设定的温度时，冰箱再次重复上述运作过程，从而使超低温冰箱内温度始终保持在设定的温度左右。
关于超低温冰箱焊接
超低温冰箱更换一级压缩机，用氧焊将压缩机高压口烧红后，将铜管插入时，铜管有些变形，大概只进去了0.2厘米，斜着在，用铜焊条焊接的，不知道这样是否经的起高压，焊接口会因压力过大脱开吗，是否会漏制冷剂，有安全隐患吗?