超低温冰箱的制冷系统基本采用复叠式制冷的工作原理，选用两台全封闭压缩机作为高、低温级压缩机使用。低温级蒸发器的紫铜管以盘管形式直接盘附于内箱体外侧，并用导热胶泥填堵于盘管与箱壁之间的缝隙中，以增加热交换效果。冷凝蒸发器为壳管式结构，内部为四管螺纹型紫铜管，采用逆流式热交换方式。
超低温冰箱低温级系统中还加配有气热交换器，可使从蒸发器出来的低压气体同进入冷凝蒸发器前的高压气体进行热交换，这样不但减少了冷凝蒸发器的热负荷，而且充分利用了热量。过滤器多采用除蜡型过滤器，其目的是有效去除冷冻油中的石蜡，以降低系统“油堵”的可能性。
超低温冰箱的冰箱制冷效果降低，当手触摸箱体时金属部分有电击感觉。对于这种故障的排除可用万用表测量冰箱漏电情况，采用分段法检查。在给高温级压缩机单独通电运行时，检查是否是由于该压缩机漏电引起整个箱体带电。静态检测压缩机接线柱，注意观察电动机绕组内引线插头部分，若与机壳有打火痕迹，表明该处漏电。
采用把接线柱部分连同周围一部分壳体一起更换的方法，装上机体后通电使其运转，检查有无漏电现象，等压缩机各项指标正常后，装回低温冰箱底座上，连接管道，检漏、抽空、充注适量制冷剂使冰箱恢复正常运行。
超低温冰箱的维护和保养对于延长其寿命和正常使用尤为重要，如果温度控制不准确常常导致所保存对象受损，对实验结果造成很大影响，从而影响研究工作的正常进行。
