恒温恒湿试验箱由制冷系统、加热系统、控制系统、温度系统、空气循环系统和传感器系统六个部分组成，上述系统分属电气和机械制冷两大方面。几个主要系统的工作原理和工作过程如下：
1、制冷系统：恒温恒湿试验箱的制冷系统是恒温恒湿试验箱的重要组成部分之一。
2、加热系统：恒温恒湿试验箱的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，由于恒温恒湿试验箱要求的升温速率较大，因此试验箱的加热系统功率都比较大，而且在试验箱的底板也设有加热器。
3、控制系统：控制系统是恒温恒湿试验箱的核心控制部分,它决定了恒温恒湿试验箱的升温速率，精度等重要指标。现在试验箱的控制器大都采用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：恒温恒湿箱的湿度系统分为加湿和除湿两个子系统。恒温恒湿试验箱的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,尤其在降温时可以轻易实现强制加湿。恒温恒湿试验箱的除湿方式有两种：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聚析出,这样就降低了湿度。干燥器除湿是利用气泵将恒温恒湿试验箱内的空气抽出,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室内进行干燥,干燥完后又送入试验箱内，如此反复循环进行除湿。现在大部分恒温恒湿试验箱采用机械制冷除湿方式,而干燥除湿方式,可以使露点温度达到0℃以下.适用于有非凡要求的场合,但价格较贵。
5、传感器系统：恒温恒湿试验箱的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.
6、空气循环系统：恒温恒湿试验箱的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。它提供了恒温恒湿试验箱内空气的循环。