制冷系统是恒温恒湿试验箱的关键部件之一，也是整个设计的重点和难点。试验箱的设计质量直接影响到试验箱的性能。常用的制冷方法有三种：是机械制冷，又称蒸汽压缩机制冷；液氮制冷、第三种是机械制冷与液氮制冷相结合。

  机械制冷是所有人工制冷中成熟的制冷技术。根据恒温恒湿试验箱产生低温的不同程度，可分为单级制冷、两级制冷和复叠制冷。机械制冷的冷却速度很慢，一般在1～10℃/min范围内，小于15℃/min，不能满足高低温环境试验设备对快速冷却速度的要求。为了解决这一问题，可以采用液氮制冷技术。

  采用液氮（沸点-195.8℃）作为冷源，将液氮喷入试验空间。利用液氮汽化过程中的潜热和低温氮气的显热吸收热量，达到降温的目的。液氮制冷具有良好的制冷性能。制冷的低温可达-150℃，制冷速率可达60℃/min以上，通常用于温度很低、制冷速率很快或短时间内需要较大制冷量（冷冲击）的应用场合。液氮作为工业辅助产品，生产成本低，价格低廉。因此，液氮制冷技术逐渐应用于需要超低温、高制冷率的环境试验设备中。