恒温恒湿试验箱的空气经过敞开的水面时，与水表面发生热湿交换，按其水温不同，可能仅发生显热交换也可能既有显热交换，又能湿交换，同时还有潜热交换，试验箱中的空气与水面直接接触时，在贴近水面上，由于水分子作不规则运动的结果，形成了一个温度等于水面温度的饱和空气边界层，且其水蒸汽分子的浓度或水汽分压力取决于边界层的饱和空气温度。
　如恒温恒湿试验箱内水蒸汽分子浓度大于其上空气的水蒸汽分子浓度(即边界层的水蒸汽分压力大于空气的水蒸汽分压力)，则空气中的水蒸汽分子数将增加;反之则将减少。前者称为“蒸发"，后者称为“冷凝"，在蒸发过程中，边界层中减少了的水汽分子由水面跃出的水分子补充，在冷凝过程中，边界层中过多的水汽分子将回到水面，由此可见，空气与水之间的显热交换取决于边界层与其上方空气之间的温差，而湿交换及由此而引起的潜热交换取决于二者之间水蒸汽分子的浓度差或分压力差。
　恒温恒湿试验箱的除湿原理为制冷系统工作时，蒸发器表面翅片的温度会低于试验温度的露点温度，空气循环时，湿气通过蒸发器表面时产生凝露，从而达到除湿的目的。