高低温箱主要通过制冷系统和加热系统调节温度。制冷系统一般采用压缩机制冷，利用制冷剂在蒸发器和冷凝器间循环吸收与释放热量，降低箱内温度；加热系统通常采用电加热元件，将电能转化为热能，使箱内温度升高。其通过逐步升温或降温，使箱内温度达到设定范围。比如进行低温试验时，先启动制冷系统，缓慢降温至设定低温值，升温过程类似，依靠加热系统逐渐加热。

冷热冲击箱温度变化速率极快，这是区别于高低温箱的重要特点。它能在短时间内使样品经历巨大温度变化，温度变化速率可达每分钟几十摄氏度。在航空航天材料测试中，要求材料承受快速冷热交替，冷热冲击箱可在几分钟内使材料从 100℃左右高温环境快速转移到 - 80℃左右低温环境，有效模拟飞行中环境温度急剧变化对材料的冲击。

冷热冲击箱结构相对复杂，有高温箱和低温箱两个独立箱体，两箱体间有连接通道用于样品快速转移。由于需在温差很大的两箱体间进行热量隔离，防止相互干扰，其保温要求更高。