恒溫恒濕培養箱壓縮機是制冷系統心臟，它吸入低溫低壓氣體，變成高溫高壓氣體，通過冷凝成液體放出熱量，通過風機帶走熱量，所以恒溫恒濕培養箱下面是熱風原因，然后通過節流到為低壓液體，其次通過蒸發器成為低溫低壓氣體后回到壓縮機；制冷劑在蒸發器中吸收熱量完成氣化過程重而吸收熱量，達到制冷目的，完成恒溫恒濕培養箱降溫過程。
在恒溫恒濕培養箱低溫高濕情況下，由于加入的蒸汽與空氣未充分混合，或與箱壁接觸而出現局部冷凝，則不僅使加入的蒸汽量減少，而且還放出熱量使箱內濕空氣溫度上升；加上前述的ε′＞ε，所以并非等溫的加濕過程，箱內溫度會有所升高。蒸汽加濕如用電熱加濕，分開啟式和密閉式。開式響應性較慢，常有滯后現象，故濕度波動較大，但結構簡單可靠。閉式蒸汽壓力大于大氣壓，在0.1～0.3MPa之間，無滯后，但需配有減壓閥、電磁閥、泄水管等，結構復雜，多用于大型人工氣候室中。開式多用于中小型恒溫恒濕培養箱中。四達試驗儀器廠過去生產的恒溫恒濕培養箱用的是開式電加熱蒸汽加濕。
恒溫恒濕培養箱空氣與水面直接接觸時，在貼近水面上，由于水分子作不規則運動的結果，形成了一個溫度等于水面溫度的飽和空氣邊界層，且其水蒸汽分子的濃度或水汽分壓力取決于邊界層的飽和空氣溫度。當空氣經過敞開的水面時，與水表面發生熱濕交換。按其水溫不同，可能僅發生顯熱交換；也可能既有顯熱交換，又能濕交換，同時還有潛熱交換。顯熱交換是空氣與水之間存在溫差，因導熱、對流和輻射作用而換熱，而潛熱交換是空氣中的水蒸汽蒸發而吸收汽化潛熱的結果。總熱交換量為顯熱交換量與潛熱交換量的代數和。
如邊界層的溫度高于其上空氣的溫度，則由邊界層向空氣傳熱；反之則由空氣向邊界層傳熱。如邊界層內水蒸汽分子濃度大于其上空氣的水蒸汽分子濃度，則空氣中的水蒸汽分子數將增加；反之則將減少。前者稱為“蒸發"，后者稱為“冷凝"。在蒸發過程中，邊界層中減少了的水汽分子由水面躍出的水分子補充；在冷凝過程中，邊界層中過多的水汽分子將回到水面。由此可見，空氣與水之間的顯熱交換取決于邊界層與其上方空氣之間的溫差，而濕交換及由此而引起的潛熱交換取決于二者之間水蒸汽分子的濃度差或分壓力差。濕原理通過電加熱水，使水槽內產生蒸汽，蒸汽通過噴霧管進入恒溫恒濕培養箱，對箱內空氣進行加濕。從蒸汽鍋爐內出來的高于大氣壓的蒸汽進行減壓后噴入恒溫恒濕培養箱中進行加濕。
恒溫恒濕培養箱中氣流通過箱內的淺水盤表面，此溫度等于水面溫度的飽和空氣邊界區進行濕熱交換。當邊界區內蒸汽分子濃度大于流過的氣流的水蒸汽分子濃度，則為加濕，反之則為降濕。
