恒温恒湿培养箱的湿热原理是通过电加热水，使水槽内产生蒸汽，蒸汽通过喷雾管进入湿热箱，对箱内空气进行加湿。蒸汽加湿如用电热加湿，分为开启式及密闭式。开启式响应性较慢，常有滞后现象，故湿度波动较大，但结构简单可靠。

恒温恒湿培养箱的空气与水之间的湿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。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。显热交换是空气与水之间存在温差，因导热、对流和辐射作用而换热，而潜热交换是空气中的水蒸汽蒸发（或凝结）而吸收（或放出）汽化潜热的结果。总热交换量为显热交换量与潜热交换量的代数和。

恒温恒湿培养箱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。