恒温槽能够精准维持恒定温度，背后是一套精妙的工作机制，主要涉及温度传感、反馈控制和加热 / 制冷调节三个关键部分，它们相互协作，如同一个训练有素的团队，确保恒温槽内的温度稳定。
温度传感器是恒温槽的 “温度侦察兵”，时刻监测着槽内介质的温度 。常见的温度传感器有高精度铂电阻（PT100）和热电偶，它们就像敏锐的触角，能够将实时温度信息迅速捕捉，并转化为电信号，传递给控制器。例如，当在实验室使用恒温槽进行特定化学反应时，传感器会不间断地感知反应环境的温度变化，为后续的温度调节提供基础数据。?
控制器则是恒温槽的 “智慧大脑”，负责接收传感器传来的温度信号，并与用户预先设定的目标温度进行对比。以在材料特性测试中设定恒温槽温度为 80℃为例，控制器会将传感器反馈的实际温度与之比较，一旦发现偏差，便会迅速启动后续的调节机制。这其中，PID 算法发挥着重要作用。PID 算法包含比例（P）、积分（I）和微分（D）三个控制环节，每个环节都有着特别的功能，共同协作实现对温度的精确调控。
比例环节如同一位急性子的调节者，根据温度偏差的大小来快速调整加热或制冷的功率。当实际温度与设定温度偏差较大时，它会加大加热或制冷力度，使温度能迅速接近设定值；偏差较小时，调节力度也相应减小。比如，若实际温度为 70℃，与设定的 80℃相差 10℃，比例环节会加大加热功率，促使温度快速上升；若实际温度达到 78℃，接近设定值，它就会适当减小加热功率，避免温度上升过快。
积分环节主要负责消除长期存在的静差，比如由于环境散热等因素导致的温度漂移。只要温度存在偏差，积分环节就会不断累积偏差信号，并持续调整加热或制冷功率，直至将温度偏差彻底消除，让温度稳定在设定值。假设在长时间实验过程中，由于实验室环境温度下降，恒温槽内温度缓慢降低出现微小偏差，积分环节就会发挥作用，逐渐增加加热功率，使温度回升到设定值并保持稳定。
微分环节则像一位具有前瞻性的预测者，它能根据温度变化的趋势提前采取行动。当温度变化过快，可能会出现超调（即温度超过设定值后再回落）或振荡（温度在设定值附近频繁波动）时，微分环节会提前调整控制量，抑制这种情况的发生，增强系统的稳定性和响应速度。例如，在恒温槽启动加热初期，温度上升较快，微分环节会预测到可能出现的超调情况，提前减小加热功率，让温度平稳上升至设定值。
当控制器通过 PID 算法计算出需要调节的量后，就会向加热 / 制冷元件发出指令 。若实际温度低于设定温度，控制器会启动加热器，比如电阻丝或 PTC 元件开始工作，将电能转化为热能，使槽内介质温度升高；当实际温度高于设定温度时，如果恒温槽配备制冷单元，如采用压缩机制冷或帕尔贴效应半导体制冷，控制器会启动制冷单元，将介质中的热量带走，实现降温，或者直接停止加热，并通过散热装置辅助散热 。同时，为了确保槽内温度均匀，避免出现局部温差，恒温槽还会配备搅拌装置或循环泵，让介质不断流动，使热量均匀分布。