恒温恒湿机由制冷系统，加热系统，控制系统，湿度系统，送风循环系统，和传感器系统等组成，上述系统分属电气和机械制冷两大方面。下面叙述几个主要系统的工作原理和工作过程。
1.制冷系统：制冷系统是恒温恒湿机的关键部分之一。一般来说，制冷方式都是机械制冷以及辅助液氮制冷，机械制冷采用蒸汽压缩式制冷，它们主要由压缩机，冷凝器，节流机构和蒸发器组成。如果我们试验的温度低温要达到-55℃，单级制冷难以满足要求，因此恒温恒湿机的制冷方式一般采用复叠式制冷。恒温恒湿机的制冷系统由两部分组成，分别称为高温部分和低温部分，每一部分是一个相对独立的制冷系统。高温部分中制冷剂的蒸发吸收来自低温部分的制冷剂的热量而汽化;低温部分制冷剂的蒸发则从被冷却的对象(试验机内的空气)吸热以获取冷量。高温部分和低温部分之间是用一个蒸发冷凝器联系起来，它既是高温部分的冷凝器，也是低温部分的冷凝器。
2.加热系统：加热系统相对制冷系统而言，是比较简单。它主要有大功率电阻丝组成，由于试验要求的升温速率较大，因此加热系统功率都比较大，而且在试验机的底板也设有加热器。
3.控制系统：控制系统是综合试验的核心，它决定了试验机的升温速率，精度等重要指标。现在试验机的控制器大都采用PID控制，也有少部分采用PID与模糊控制相组合的控制方式。由于控制系统基本上属于软件的范畴，而且此部分在使用过程中，一般不会出现问题。
4.湿度系统：温度系统分为加湿和除湿两个子系统。
加湿方式一般采用蒸汽加湿法，即将低压蒸汽直接注入试验空间加湿。这种加湿方法加湿能力，速度快，加湿控制灵敏，尤其在降温时容易实现强制加湿。
除湿方式有两种：机械制冷除湿和干燥除湿。机械制冷除湿的除湿原理是将空气冷却到露点温度以下，使大于饱和含湿量的水汽凝结析出，这样就降低了湿度。干燥器除湿是利用气泵将试验内的空气抽出，并将干燥的空气注入，同时将湿空气送入可循环利用的干燥进行干燥，干燥完后又送入试验内，如此反复循环进行除湿。现在大部分综合试验采用前一种除湿方式法，后一种的除湿方法，可以使露点温度达到0℃一下。适用于有特殊要求的场合，但费用较贵。
5.传感器系统：传感器主要是温度和湿度传感器。温度传感器应用较多的是铂电组和热电偶。湿度的测量方法有两种：干湿球温度计法和固态电子式传感器直接测量法。由于干湿球法测量精度不高，现在的恒温恒湿箱正逐步的以固态传感器代替干湿球来进行湿度的测量。
6.送风循环系统：空气循环系统一般有离心式风扇和驱动其运转的电机构成。它提供了试验机内空气的循环。
特殊试验的处理
1.本机于机侧附有测试孔，可接于箱内测试线路时使用。
2.测试中若欲观察箱内变化状况时，可将室内灯(LIGHT)开关开启，经由窗口知悉内部之变化情形。
3.本机若在0℃以下运转时，应尽量避免打开箱门，因为做低温时，若开启箱门易造成内部蒸发器及其它部位之封冰现象，尤以温度愈低状况愈严重，若必须打开，则应尽量缩短开门时间。
4.当完成低温运转时，务必设定温度条件60℃施行干燥处理约半小时，以免影响下一作业条件之测定时间或结冰现象。
5.冰冻机之散热器(冷凝器)应定期保养，保持清洁。
6.加湿桶入水管，必须将所存留之空气完全排出，以防水无法进入。
★特别注意：当机器完成低温运转后，若无上列第6点工作，亦务必设定常温条件(30±5℃)使箱内之温度在停机时为常温状态，以免影响箱内温度很低而产生的结冰现象，以及窗口玻璃结雾现象。
7.于操作当中，除非有绝对必要，请不要打开箱门，否则可能导致下列不良后果：
-高温湿气冲出箱外十分危险。
-箱门内侧仍然持高温造成伤害。
-高温空气可能触发火灾警报，产生误动作。
8.请注意本机必须安全确实地接地，以免产生静电感应。
9.避免于三分钟内关闭再开启冰冻机组。
10.如果箱内放置发热试料时，试料电源控制请使用外加电源，不要直接使用本机电源。
11.电路断路器，温度超温保护器，提供本机测试品以操作者的安全保护，故请定期检查。
12.正确的装置湿球的纱布，方能保证量取正确的相对湿度。
13.绝对禁止试验爆炸性，可燃性及高腐蚀性物质。
14.请详阅控制器说明书及相关说明书后，方可操作恒温恒湿机。