超低溫冰箱一般采用二級制冷，第一級的制冷劑為R-12(23.0oz，1oz=28.349523g)，設計壓力高壓為400ppsi(1ppsi=6.89476X103Pa)，低壓為90ppsi。第二級制冷的冷凝器和第一級制冷的蒸發器是放在一起的；第二級的制冷劑為R-503(8.5oz)和R-290(0.7oz)的混合體，設計的高低壓均為300ppsi。
感溫探頭為熱敏電阻，根據阻值的大小(即溫度的高低)在面板上顯示不同的溫度。
接通電源時，當面板顯示溫度比設定的溫度高時，第一級壓縮機首先啟動，第一級制冷系統開始工作，使得第二級制冷系統的冷凝器溫度下降，即第二級的制冷劑溫度下降，經幾分鐘的延時后，第二級制冷系統也開始工作，它的蒸發器在冰箱內壁，這可使冰箱內部溫度下降很多，它的冷凝器放出的熱量全部由第一級制冷系統的蒸發器吸收，第一級冷凝器放出的熱量則散人空氣中。
當超低溫冰箱內部溫度達到設定溫度后，感溫探頭電阻把信息傳出，控制繼電器失電斷開，兩級制冷系統全部停止工作。當冰箱內溫度再次升高，超出設定的溫度時，冰箱再次重復上述運作過程，從而使冰箱內溫度始終保持在設定的溫度左右
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