低溫液氮恒溫器主要由液氮容器、溫度傳感器、熱交換部件、控制系統等部分組成。

液氮容器是低溫恒溫器的核心部分之一，用于儲存液氮。液氮容器一般是雙層結構，內外層之間是高真空狀態，以減少熱量的傳導。同時，容器的材料通常是具有良好絕熱性能的不銹鋼等材料。例如，一些高質量的液氮容器的日蒸發率可以控制在很低的水平，確保液氮能夠長時間存儲和使用。

溫度傳感器安裝在靠近樣品或者實驗裝置的位置，用于實時監測溫度。常見的溫度傳感器有鉑電阻溫度計、熱電偶溫度計等。鉑電阻溫度計在低溫環境下具有高精度和良好的穩定性，它是根據鉑電阻隨溫度變化的特性來測量溫度的。

熱交換部件負責將液氮的冷量傳遞給樣品或實驗裝置。它可以是直接接觸式的，比如將樣品放置在與液氮容器有良好熱傳導的支架上；也可以是間接式的，通過熱傳導介質（如銅棒等）將冷量傳遞過去。這些部件的設計要考慮熱傳導效率和溫度均勻性，以確保樣品能夠快速且均勻地達到設定溫度。

控制系統根據溫度傳感器反饋的溫度信號，來調節液氮的供給量或者熱交換的強度。例如，當溫度高于設定值時，控制系統會增加液氮的流量，使溫度下降；當溫度低于設定值時，則減少液氮的流量。控制系統可以是簡單的機械控制方式，也可以是復雜的電子控制系統，包括微處理器、PID 控制器等，以實現更**的溫度控制。