常用的超低溫防爆冰箱有40°低溫防爆冰箱、60°低溫防爆冰箱和80°低溫防爆冰箱，盡管溫度不同，但它們的工作原理都是大同小異的。接通電源時，當面板顯示溫度數據比設定的溫度高時，級壓縮機首先啟動，級制冷技術系統進入工作，使得第二級制冷系統的冷凝器溫度能夠得到下降。
經過幾分鐘的延遲，第二級制冷系統也開始工作,它的蒸發器設計在防爆冰箱的內壁上，這樣可以有助于冷凝器釋放的熱量全都被制冷系統的蒸發器吸收,級冷凝器釋放的熱量在空氣中散出，使得防爆冰箱內部溫度下降很多。
當防爆冰箱內部環境溫度達到自己設定溫度后，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。當超低溫防爆冰箱的溫度再一次升高并超過設定溫度時，超低溫防爆冰箱則會重復上述的運行過程，使防爆冰箱的溫度下降至設定溫度并始終保持在設定溫度。
低溫級系統中還加配有氣熱交換器，可使低壓控制氣體從蒸發器出來同進冷凝蒸發器前的高壓氣體進行熱交換，這樣不但減少了冷凝蒸發器的熱負荷，而且充分利用了大量熱量。去除冷凍油中的石蠟的除蠟型過濾器，可以降低系統“油堵”的可能性。
