超低温制冷机的工作过程基于热力学的制冷循环，包括压缩、冷凝、膨胀和蒸发等过程。制冷剂在压缩机内被压缩并升温，然后流经冷凝器，使其在冷凝器中放热，并冷却为液态制冷剂。接着，液态制冷剂进入膨胀阀，流速突然减缓，压力降低，同时温度急剧降低，变成低温低压蒸汽，进入蒸发器，吸收外界热量，然后再次流回压缩机，开始下一轮制冷循环。超低温制冷机可以运用在多个领域：
医学领域：超低温冷冻法已成为冷冻保存、移植和保存某些生物样本、药物和细胞的方法，可以大幅度减少采样时的伤害，提高采样质量。
化学领域：超低温制冷机可以使材料达到自然界中无法实现的态，在实验室内进行研究。例如，在导体领域中有广泛的应用。
材料科学领域：超低温制冷机可以使材料达到更低的温度，从而进行更深入的研究。
工业应用：在一些需要超低温环境的工业应用中，超低温制冷机可以发挥重要作用。例如，在某些特殊化学反应中，需要极低的温度来保证反应的顺利进行。
此外，超低温制冷机还可以运用在能源、环保、生物技术等领域。它是一种非常有价值的设备，可以促进科学研究和工业应用的发展。