超低温保存箱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。
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。
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。
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。