密闭循环制冷恒温器的工作原理是蒸气压缩式制冷，即利用液态制冷剂汽化时吸热，蒸汽凝结时放热的原理进行制冷的。
密闭循环制冷恒温器是进入冷凝盘管的高温气态制冷剂通过盘管壁与盘管外侧喷淋水和空气进行热交换，制冷剂气体的温度随着在管内的时间加长而下降，由气态逐渐变成液态。用风机风力，使喷淋水充分覆盖在盘管外表面上，从而提高了换热效率。
一、单级制冷循环系统
单级制冷循环是指制冷剂在制冷系统内相继经过压缩、冷凝、节流、蒸发四个过程，便完成了单级制冷机的循环，即达到了制冷的目的。制冷系统由蒸发器、单级压缩机、油分离器、冷凝器、贮氨器、氨液分离器、节流阀及其它附属设备等组成，相互间通过管子联接成一个封闭系统。
二、双级制冷循环系统
双级制冷循环是在单级制冷循环的基础上发展起来的，其压缩过程分两个阶段进行，来自蒸发器的制冷剂蒸汽先进入低压级汽缸压缩到中间压力，经过中间冷却后再进入高压级汽缸，压缩到冷凝压力进入冷凝器中。制冷系统由蒸发器、双级压缩机、油分离器、冷凝器、中间冷却器、贮氨器、氨液分离器、节流阀及其它附属设备等组成，相互间通过管子联接成一个封闭系统