低温恒温槽的制冷原理基于压缩机制冷技术，这是一种被广泛应用且成熟的制冷方式。以常见的氟利昂类制冷剂为例，当低温恒温槽启动制冷时，压缩机开始工作，它就像一个强力的 “打气筒”，将处于低温低压气态的制冷剂吸入并进行压缩。在这个过程中，制冷剂的体积被急剧压缩，压力和温度迅速升高，变成高温高压的气态制冷剂。
随后，高温高压的气态制冷剂进入冷凝器。冷凝器通常是一组带有散热片的管道，通过空气或水等冷却介质，将制冷剂携带的大量热量散发出去。在这个散热过程中，制冷剂逐渐冷却，从气态转变为液态，完成了热量的初步转移。
接着，液态制冷剂经过膨胀阀。膨胀阀是一个关键的节流部件，它能够精确地控制制冷剂的流量。制冷剂在通过膨胀阀时，由于突然进入一个较大的空间，压力瞬间降低，体积迅速膨胀，同时温度也急剧下降，变成低温低压的液态制冷剂。
最后，低温低压的液态制冷剂进入蒸发器。蒸发器与低温恒温槽的槽体紧密接触，槽内的液体介质围绕在蒸发器周围。此时，液态制冷剂在蒸发器中迅速蒸发，从液态转变为气态。而在这个蒸发过程中，制冷剂会吸收大量的热量，这些热量来自于槽内的液体介质，从而使得槽内液体的温度降低，实现了制冷的目的。蒸发后的气态制冷剂又被压缩机吸入，开始新的一轮制冷循环，如此周而复始，持续为低温恒温槽提供稳定的低温环境 。