恒溫恒濕試驗箱的原理主要涉及溫度、濕度的調節和控制，通過一系列相互關聯的系統實現。這些系統包括制冷劑循環系統、空氣循環系統、電器自控系統等，共同工作以模擬自然環境中的溫濕度條件，從而對電子零部件、工業材料、成品等在研發、生產和檢驗各環節的試驗提供恒定濕熱、復雜高低溫交變等試驗環境和試驗條件。
制冷劑循環系統：通過蒸發器中的液態制冷劑吸收空氣的熱量，使空氣降溫及除濕并開始蒸發。制冷劑與空氣之間形成一定的溫度差，液態制冷劑完全蒸發變為氣態后被壓縮機吸入并壓縮，氣態制冷劑通過冷凝器（風冷/水冷）吸收熱量，凝結成液體。通過膨脹閥（或毛細管）節流后變成低溫低壓制冷劑進入蒸發器，完成制冷劑循環過程。
空氣循環系統：負責將空氣從回風口吸入，經過蒸發器（降溫、除濕），加濕器，電加熱器（升溫）后經送風口送到用戶需的空間內，送出的空氣與空間內的空氣混合后回到回風口。
電器自控系統：包括電源部分和自動控制部分。電源部分通過接觸器對壓縮機、風扇、電加器器、加濕器等供應電源。自動控制部分又分為溫、濕度控制及故障保護部分。溫、濕度控制是通過溫、濕度控制器，將回風的溫濕度與用戶設定的溫濕作對比，自動運行壓縮機（降溫、除濕）、加濕器、電加熱（升溫）等元件，實現恒溫恒濕的自動控制。
此外，恒溫恒濕試驗箱的濕度調節是通過內置的濕度傳感器、數據采集、濕度控制器（微型信息處理器）調節，通過蒸發水箱中的水或調節制冷電磁閥來增加箱內的濕度，達到除濕的目的，并開啟水箱的發熱元件，從而達到所需的濕度控制。為了安全起見，恒溫恒濕箱是設有多重保護的；在可設定高安全允許溫度的情況下 情況下，系統配有超溫保護器，隨著旋轉風扇的停止，空氣加熱元件可自動斷電。
