恒溫恒濕空調是一種可以同時控制房間內溫度和濕度的特種空調，它同時具有升溫、降溫、加濕和除濕四種功能。
恒溫恒濕空調有六套系統：分別是凈化系統，升溫系統，加濕系統，通風系統，制冷循環系統和控制系統。
凈化系統是由過濾系統和消毒系統組成。過濾系統分為初效、中效、亞高效和高效，主要過濾空氣中的灰塵、雜質、碎屑等。消毒系統一般是由紫外線殺菌、臭氧殺菌、銀離子殺菌、光觸媒（主要處理甲醛，苯，氨氣，細菌等）、活性炭和新風化學過濾器（主要處理空氣中的有毒化學物質）組成。
升溫系統通常采用PTC陶瓷電加熱管、U型翅片電加熱管、熱水和蒸汽等組成。
加濕系統通常采用電極加濕、蒸汽加濕、紅外線加濕、濕膜加濕、超聲波加濕、高壓微霧加濕等方式。
通風系統是由一個直聯傳動風機，皮帶傳動風機或者EC風機組成，風機運行之后帶動空氣流動。室外新風與室內回風混合后進入恒溫恒濕空調，混合后的空氣經過恒溫恒濕空調處理之后再送入室內。
制冷循環系統是恒溫恒濕空調的核心部分，主要零部件是壓縮機、蒸發表冷器、膨脹閥（或者毛細管）、室外冷凝器、干燥過濾器和冷媒。低溫低壓的冷媒經過蒸發器時與空氣進行熱交換，吸收空氣中的熱量后升溫換成汽液混合態，氣液混合態通過壓縮機的吸氣口進入壓縮機，在壓縮機的機械制動作用下變成高溫高壓的氣體，高溫高壓的氣體經過壓縮機的排氣口排出到室外冷凝器，室外冷凝器的風機帶走冷媒中的熱量將冷媒變成低溫高壓的液體，低溫高壓的液體經過膨脹閥或者毛細管節流變成低溫低壓的液體，如此不斷循環，完成整個制冷過程。
控制系統是恒溫恒濕空調區別于普通空調的重要特點。普通空調的制熱和制冷是單級調控的，空調要么開制冷，要么開制熱，制冷和制熱之間不能自動切換。而恒溫恒濕空調可以實現制冷和制熱、加濕和除濕之間的自動切換，所以在高精度控制系統的調控下，恒溫恒濕空調能夠將溫度和濕度控制在設定的范圍內。一般恒溫恒濕空調能夠將溫度控制在15-35℃，濕度控制在40-85%的范圍內，溫度偏差0.5℃，濕度偏差5%，如果采用變頻壓縮機可以將溫度偏差控制在0.2℃，濕度偏差控制在2%。
