恒温恒湿箱的温度调节是通过箱内内置的温度传感器采集数据，通过温度控制器(微型信息处理器)进行调节，开启空气加热装置升高温度或调节制冷电磁阀降低箱内温度，从而达到控制所需的温度。恒温恒湿箱的湿度调节是通过内置的湿度传感器采集数据，由湿度控制器(微型信息处理器)进行调节，打开水箱的加热元件，通过蒸发水箱中的水来增加箱内的湿度或调节制冷电磁阀来达到除湿的效果，从而达到所需的湿度控制。
恒温恒湿箱设有多重保护措施；温度系统配有超温保护器，可设定较大的安全允许温度，当旋转风扇停止时，空气加热元件可自动断电；加湿系统可以随着加湿罐内水位的下降而停止供电；随着温度(超过40℃)或湿度的增加，制冷系统也停止工作。
恒温恒湿试验机的控制系统可以说是整个设备的心脏，负责制冷、加热、湿度控制、循环和控制。
制冷方面，压缩机从德国进口。制冷系统由高温部分和低温部分组成，每个部分都是一个相对独立的制冷系统。高温部分的制冷剂的蒸发从低温部分的制冷剂中吸收热量并蒸发；低温制冷剂的蒸发吸收被冷却物体(试验机内的空气)的热量，获得冷量。高温部分和低温部分通过蒸发式冷凝器连接，蒸发式冷凝器既是高温部分的冷凝器又是低温部分的冷凝器。
加热系统采用完全独立的镍铬合金电加热式，电阻率高，电阻温度系数低，高温变形小，不易脆化。自热温度可达1000 ~ 1500℃，使用寿命长。
加湿是恒温恒湿试验箱的主要部分，不同于高低温试验箱。恒温恒湿试验箱采用外部隔离和全不锈钢锅炉浅层蒸发加湿器。除湿采用机械制冷除湿，将空气冷却到温度以下，使大于饱和含水量的水蒸气冷凝析出，从而降低湿度。
送风循环系统:送风循环系统由耐温低噪音空调电机和多叶片离心风轮组成。它提供测试机器中的空气循环。
控制系统是综合试验箱的核心，决定着试验机的升温速率、精度等重要指标。试验机的控制器大部分采用PID控制，少数采用PID和模糊控制相结合的控制方式。因为控制系统基本上属于软件的范畴，而且这部分在使用过程中不会出现问题。
恒温恒湿试验机的结构特点
箱体结构方面，恒温恒湿试验箱采用数控机床加工成型，美观大方，造型新颖，采用无反应手柄，操作简便。工作室采用进口镜板不锈钢，箱体外容器喷涂A3钢板。箱体外侧与内胆之间填充超细保温棉，具有良好的保温效果，有效降低试验箱内的温度波动率，配合抗老化硅橡胶密封条的严密密封，使箱体不漏雾。由于试验箱内环境恶劣，为了清楚地观察试验箱内的情况，武汉上标选择了多层钢化玻璃作为观察窗， 并在观察窗口设置单独的照明灯和雾刷，保持良好的观察视野，随时监控试验情况。当然，为了收集测试数据，盒子上还专门配了一个直径为50mm的测试孔，可以连接记录仪、打印机和电脑。