超低温冰箱从外形上来看可以分为立体式和卧式2种箱体形式，内箱多采用储物层独立开关门的设计方式，外箱体采用冷轧钢板相互拼凑焊接而成。
在箱体内外层分别有一定厚度的聚亚安酯保暖泡沫材料(厚度在70mm左右)，超低温冰箱箱体内含有温度传感器，能够自动根据冰箱内实际温度和人工预设温度的比较结果进行温度调节，由于在低温环境下工作，温度传感器采用耐低温的稀有金属铂作为制造材料，从而能够对箱内温度进行调控。传统的超低温冰箱制冷剂中含有氟利昂，现代超低温冰箱已经采用环保制冷剂，能够很好地避免对环境的污染。
此外，超低温冰箱还安装有自动断电警报器和温度警报器，以便在冰箱出现问题时及时发出警报。针对电网中有时出现的谐波过大导致电压波动较大的情况，超低温冰箱一般配备有电压增压器，从而保证压缩机在低电压情况下正常运行。
超低温冰箱制冷系统的工作原理区别于一般冰箱，它采用复叠式制冷方式，在超低温冰箱中一般有2个全封闭式的压缩机作为高温和低温压缩机使用。低温压缩机的蒸发器铜管以盘管形式直接安装于冰箱内箱体外部，并以导热胶泥填堵在盘管和冰箱壁之间的空隙中，从而达到增加热交换效果的目的。箱体内的冷凝蒸发器多为壳管式结构，内部为四管螺纹型的铜管，通常采用逆流形式的热交换方式。
此外，在冰箱的低温工作系统中还配有相关的气热交换器，能够将蒸发器中排除的低压气体与进入冷凝蒸发器之前的高压气体进行冷热交换，这种设计方法减少了冷凝蒸发器工作中的热负荷，能够zui大程度地利用冰箱工作中产生的热量，减少能源的损耗。超低温冰箱一般采用除蜡型过滤器，这类过滤器可以有效地除掉冷冻油中的石蜡，以降低整个制冷导热系统发生堵塞的概率，保障超低温冰箱的正常运行。
