恒溫恒濕試驗機由制冷系統，加熱系統，控制系統，濕度系統，送風循環系統，和傳感器系統等組成。下面講述幾個主要系統的工作原理和工作過程:
1.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。
2.濕度系統：溫度系統分為加濕和除濕兩個子系統。一般采用將低壓蒸汽直接注入試驗空間加濕。這種加濕方法，速度快，加濕控制靈敏，尤其在降溫時容易實現強制加濕。
3.傳感器系統：傳感器主要是溫度和濕度傳感器。溫度傳感器應用較多的是鉑電組和熱電偶。
4.送風循環系統：空氣循環系統一般有離心式風扇和驅動其運轉的電機構成。它提供了試驗機內空氣的循環。
5.制冷系統：制冷系統是恒溫恒濕試驗機的關鍵部分之一。恒溫恒濕試驗機的制冷采用復疊式制冷。恒溫恒濕試驗機的制冷系統由兩部分組成，分別稱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。
6.加熱系統：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。