恒温恒湿试验箱由制冷系统，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，其主要通过这些系统来进行工作。
1、制冷系统
制冷系统是综合试验箱的关键部分之一。恒温恒湿箱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（试验箱内的空气）吸热以获取冷量。
2、加热系统
试验箱的加热系统相对制冷系统而言，比较简单。它主要由大功率电阻丝组成，由于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
控制系统是综合试验箱的核心，它决定了试验箱的升温速率，精度等重要指标。
4、湿度系统
A、加湿系统：试验箱的加湿方式一般采用的是蒸汽加湿法，指的是低压蒸汽直接可以注入试验空间内来进行加湿，这种加湿的方法的加湿能力好，速度快、特别是在降温时容易被加湿。
B、除湿系统：试验箱的除湿方式通常分为两种:机械制冷除湿和干燥除湿
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。
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。它提供了试验箱内空气的循环。