恒溫恒濕機的主要工作原理有送風循環系統：恒溫恒濕機的空氣循環系統主要有離心式風扇以及驅動電機組成，其主要作用是使其機器內形成內部空氣的循環。

　　恒溫恒濕機的制冷系統：通常使用復疊式制冷。恒溫恒濕機的制冷系統主要由兩部分組成，分別為高溫部分和低溫部分，每一部分是一個相對獨立的制冷系統。高溫部分中制冷劑的蒸發吸收來自低溫部分的制冷劑的熱量而汽化;低溫部分制冷劑的蒸發則從被冷卻的對象(試驗機內的空氣)吸熱以獲取冷量。高溫部分和低溫部分之間是用一個蒸發冷凝器聯系起來，它既是高溫部分的冷凝器，也是低溫部分的冷凝器。

　　恒溫恒濕機的濕度系統：溫度系統分為加濕和除濕兩個子系統。加濕方式一般采用蒸汽加濕法，即將低壓蒸汽直接注入試驗空間加濕。除濕方式有兩種：機械制冷除濕和干燥除濕。機械制冷除濕的除濕原理是將空氣冷卻到露點溫度以下，使大于飽和含濕量的水汽凝結析出，這樣就降低了濕度。干燥器除濕是利用氣泵將試驗箱內的空氣抽出，并將干燥的空氣注入，同時將濕空氣送入可循環利用的干燥進行干燥，干燥完后又送入試驗箱內，如此反復循環進行除濕。

　　恒溫恒濕機的加熱系統：加熱系統相對制冷系統而言，是比較簡單。它主要有大功率電阻絲組成，由于試驗要求的升溫速率較大，因此加熱系統功率都比較大，而且在試驗機的底板也設有加熱器。

　　恒溫恒濕機的控制系統：控制系統是綜合試驗箱的核心，它決定了試驗機的升溫速率，精度等重要指標。

　　恒溫恒濕機的傳感器系統：濕度的測量方法有干濕球溫度計法和固態電子式傳感器直接測量法。由于干濕球法測量精度不高，現在的恒溫恒濕箱正逐步的以固態傳感器代替干濕球來進行濕度的測量。