溫濕度循環試驗箱由制冷系統，加熱系統，控制系統，濕度系統，空氣循環系統，和傳感器系統等組成， 上述系統分屬電氣和機械制冷兩大方面。
1、制冷系統
溫濕度循環試驗箱的制冷方式是機械制冷以及輔助液氮制冷，機械制冷采用蒸氣壓縮式制冷，該制冷方式是人工制冷中應用廣泛而又經濟的制冷方式之一。
蒸氣壓縮式制冷型式有：單級制冷、多級制冷和復疊式制冷，它們主要由壓縮機，冷凝器，節流機構和蒸發器組成。
由于我們試驗的溫度低溫要達到-55℃，單級制冷難以滿足要求，因此一般采用復疊式制冷，它由兩部分組成，分別稱為高溫部分和低溫部分，每一部分都是一個相對獨立的制冷系統。高溫部分中制冷劑（HP80）的蒸發吸收來自低溫部分的制冷劑（R23）的熱量而汽化；低溫部分制冷劑的蒸發則從被冷卻的對象（試驗箱內的空氣）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的，它既是高溫部分的蒸發器，也是低溫部分的冷凝器。
2、加熱系統
試驗箱的加熱系統相對制冷系統而言，是比較簡單的。它主要由大功率電阻絲組成。由于試驗箱要求的升溫速率較大，因此試驗箱的加熱系統功率都比較大，而且在試驗箱的底板也設有加熱器。
3、控制系統
控制部分是溫濕度循環試驗箱的核心，它決定了試驗箱的升降溫速率，精度等重要指標。現有試驗箱的控制器大都采用PID控制，也有少部分采用PID與模糊控制相結合的控制方式。
4、濕度系統
濕度系統分為加濕和除濕兩個子系統。
試驗箱的加濕方式一般采用蒸氣加濕法，即將低壓蒸氣直接注入試驗空間加濕。這種加濕方法加濕能力強，速度快，加濕控制靈敏，尤其在降溫時容易實現強制加濕。
溫濕度循環試驗箱的除濕方式有兩種：機械制冷除濕和干燥器除濕。
1）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氣凝結析出，這樣就降低了濕度。
2）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器進行干燥，干燥完后又送入試驗箱內，如此反復循環進行除濕。現在大部分溫濕度循環試驗箱采用前一種除濕方法。后一種的除濕方法，可以使露點溫度達到0℃以下，適用于有特殊要求的場合，但費用較貴。
5、傳感器系統
溫濕度循環試驗箱的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阻和熱電偶。濕度的測量方法有兩種：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，現在的試驗箱正逐步地以固態傳感器代替干濕球來進行濕度的測量。
6、空氣循環系統
空氣循環系統一般由離心式風扇和驅動其運轉的電機構成。它提供了試驗箱內空氣的循環。
