恒温槽工作原理按工作介质在槽中流动过程来说说，在搅拌推动下，工作介质在混合区内自上而下流动，先经盘管蒸发器和加热器进行热交换，使流动介质达到某一合适温度后，由搅拌器进行强烈搅动，使温度不甚均匀的介质充分混合，进而推动介质从底部流出，再导流向上进入工作区，并使介质具有一定的流速。在流经工作区过程中，要求介质尽量减少与外界的热交换，这样才能保证工作区介质温度均匀，并为高质量温度控制创造良好的条件，此后，介质再流进混合区，依次作重复的循环流动。温控系统的感温元件置于流体之中，用于测量温度信号，控温系统根据感温元件所测得的温度变化，调节输出脉冲信号，最后驱动双向可控硅推动加热器加热，实现控制槽温在设定温度下工作。
在恒温时，恒温槽中冷却和加热两个部件同时工作，冷却器件主要提供制冷量，用于降温并最终保持所要求的低温，而加热器用来提供平衡热量实现温度控制。
槽温在接近或低于室温时，恒温槽制冷系统投入运行，它通过安装在槽体中盘管蒸发器冷却工作介质，实现降温。为了提高介质的降温速率，制冷量分两级可调，开始降温时，可使制冷机在蒸发温度较高，负荷较大的情况下工作。在恒温或下限温度附近工作时，则令制冷机在蒸发温度较低，负荷较小的工况下工作，这样也有利于温度稳定。