超低温冰箱的工作原理是接通电源时，当面板显示温度比设定的温度高时，级压缩机首先启动，级制冷系统开始工作，使得第二级制冷系统的冷凝器温度下降，即第二级的制冷剂温度下降。经几分钟的延时后，第二级制冷系统也开始工作，它的蒸发器在冰箱内壁，这可使冰箱内部温度下降很多，它的冷凝器放出的热量全部由级制冷系统的蒸发器吸收，级冷凝器放出的热量则散人空气中。当冰箱内部温度达到设定温度后，感温探头电阻把信息传出，控制继电器失电断开，两级制冷系统全部停止工作。当超低温冰箱内温度再次升高，超出设定的温度时，超低温冰箱再次重复上述运作过程，从而使冰箱内温度始终保持在设定的温度左右。