冷卻系統是恒溫恒濕試驗箱的關鍵部件，也是整個設計的重點和難點，其設計質量直接影響到試驗箱的性能。常見的制冷方式有三種：機械制冷，又稱蒸氣壓縮機制冷、液氮制冷、液氮與空氣混合制冷。
在所有人工制冷中，機械制冷是應用是為成熟的制冷技術，根據溫度和濕度的不同，可分為單級制冷、雙級制冷和復級制冷。機器冷卻速度非常緩慢，一般為1~10℃/min，不超過15℃/min，無法滿足恒溫恒濕試驗箱對高/低溫冷卻速度的要求。為解決這個難題，采用液氮制冷技術是可行的。
常壓下的液氮沸點-195.8℃，其制冷是以液氮作為冷源，將液氮噴入實驗空間，利用液氮蒸發過程中的潛熱和低溫氮氣的顯熱來吸收熱量來達到冷卻目的。液體氮氣制冷具有良好的制冷性能，其低溫可達-150℃，冷卻速率可達60℃/min以上，通常用于要求溫度極低，冷卻迅速，或需要短時間大量冷卻(冷沖擊)的應用場合。作為工業配套產品，液氮的生產成本低，價格也越來越便宜，因此，液氮制冷技術已逐漸應用到對溫度和冷卻速度要求極高的環境試驗設備中。
