超低溫冰箱，又稱超低溫冰柜、超低溫保存箱。其制冷系統基本采用復疊式制冷的工作原理，選用兩臺全封閉壓縮機作為高、低溫級壓縮機使用。低溫級蒸發器的紫銅管以盤管形式直接盤附于內箱體外側，并用導熱膠泥填堵于盤管與箱壁之間的縫隙中，以增加熱交換效果。冷凝蒸發器為殼管式結構，內部為四管螺紋型紫銅管，采用逆流式熱交換方式。
超低溫冰箱一般采用兩級制冷（兩個單級的循環系統疊加而成），級的制冷劑為R-12；第二級的制冷劑為R-503。第二級制冷系統的冷凝器與級制冷系統的蒸發器是疊放在一起的； 開機時，級壓縮機首先啟動開始制冷，使得第二級制冷系統的冷凝器溫度下降，讓第二級的制冷劑預冷、溫度下降很多，經一定的延時后，第二級的壓縮機也開始工作，二級的蒸發器設在冰箱內部，預冷至-20~-30度的制冷劑使冰箱內部獲得更低的蒸發溫度（約-60~-80度），它的冷凝器放出的熱量全部由級制冷系統的蒸發器吸收，級冷凝器放出的熱量則散入空氣中（或冷卻水中）。
超低溫冰箱冷卻不充分時應如何操作：
1、檢查超低溫冰箱內是否有冰霜；
2、檢查箱門是否開關過于頻繁；
3、檢查背部是否接觸墻面，超低溫冰箱內部是否放入過多物品。
超低溫冰箱噪音過大時，檢查底板是否堅固、超低溫冰箱是否穩固。如不穩，調好活動螺絲以使四角穩固地支撐在底板上；是否有物件接觸到冰箱背部。
