CO2培养箱广泛应用于医学、免疫学、遗传学、微生物、农业科学、药物学的研究和生产，已经成为上述领域实验室最普遍使用的常规仪器之一，其通过在培养箱箱体内模拟形成一个类似细胞/组织在生物体内的生长环境如恒定的酸碱度（pH值：7.2-7.4）、稳定的温度（37°C）、较高的相对湿度（95%）、稳定的CO2水平（5%），来对细胞/组织进行体外培养的一种装置。
用户对二氧化碳培养箱都有两条最基本的要求：
一是要求二氧化碳培养箱能够对温度、二氧化碳浓度和湿度提供最精确稳定的控制，以便于其研究工作的进展；
二是要求二氧化碳培养箱能够培养箱内的微生物污染进行有效的防范，并且能够定期消除污染，以保护研究成果，防止样品损失。
1、温度控制
保持培养箱内恒定的温度是维持细胞健康生长的重要因素。当选购二氧化碳培养箱时，有两种类型的加热结构可供选择：气套式加热和水套式加热。虽然这两种加热系统都是精确和可靠的，但是它们都有着各自的优点和缺点。
水套式培养箱是通过一个独立的热水间隔间包围内部的箱体来维持温度恒定的。热水通过自然对流在箱体内循环流动，热量通过辐射传递到箱体内部从而保持了温度的恒定。独特的水套式设计有其优点：水是一种很好的绝热物质，当遇到断电的时候，水套式系统就能更可靠地长久保持培养箱内的温度准确性和稳定性（维持温度恒定的时间是气套式系统的4-5倍）。如果您的实验环境不太稳定（如有用电限制，或者经常停电）并需要保持长时间稳定的培养条件，此时，水套式设计的二氧化碳培养箱就是您最好的选择。
而气套式加热系统是通过箱体内的加热器直接对箱内气体进行加热的。气套式设计在箱门频繁开关引起的温度经常性改变的情况下能够迅速恢复箱体内的温度稳定。因此，气套式与水套式相比，具有加热快，温度的恢复比水套式培养箱迅速的特点，特别有利于短期培养以及需要箱门频繁开关的培养。此外，对于使用者来说气套式设计比水套式更简单化（水套式需要对水箱进行加水、清空和清洗，并要经常监控水箱运作的情况）。
2、CO2控制
CO2 浓度探测可通过两种控制系统——热传导传感器（TC）或红外传感器（IR）进行测量。当二氧化碳培养箱的门被打开时，CO2从箱体内漏出，此时传感器就会探测到CO2浓度的降低，并做出及时的反应，重新注入CO2使其恢复到原先预设的水平。
热传导传感器（TC）监控CO2浓度的工作原理是通过测量两个电热调节器（一个调节器暴露于箱体环境内，另一个则是封闭的）之间的电阻变化来实现的。箱内CO2浓度的变化会改变两个电热调节器间的电阻，从而促使传感器产生反应以达到调节CO2水平的作用。TC控制系统的一个缺点就是箱内温度和相对湿度的改变会影响传感器的精确度。当箱门被频繁打开时，不仅CO2浓度，温度和相对湿度也会发生很大的波动，因而影响了TC传感器的精度。当需要精确的培养条件和频繁开启培养箱门时，此控制系统就显得不太适用了。
红外传感器（IR）作为另一个可选择的控制系统比TC系统具备更精确的CO2控制能力，它是通过一个光学传感器来检测CO2水平的。IR系统包括一个红外发射器和一个传感器，当箱体内的CO2吸收了发射器发射的部分红外线之后，传感器就可以检测出红外线的减少量，而被吸收红外线的量正好对应于箱体内CO2的水平，从而可以得出箱体内CO2的浓度。因为IR系统不会因温度和相对湿度的改变而受到影响，所以它比TC系统更精确，特别适用于需要频繁开启培养箱门的细胞培养。然而，此系统比TC系统更贵，这时就要结合经费预算进行考虑了。
3、相对湿度控制
培养箱内相对湿度的控制是非常重要的，维持足够的湿度水平才能保证不会由于过度干燥而导致培养失败。大型的二氧化碳培养箱是用蒸汽发生器或喷雾器来控制相对湿度水平的，而大多数中、小型培养箱则是通过湿度控制面板（humidity pans）的蒸发作用产生湿气的（其产生的相对湿度水平可达95-98％）。一些培养箱有一个能在加热的控制面板上保持水份的湿度蓄水池（humidity reservoir），这样可以增强蒸发作用，此蓄水池能增加相对湿度水平达97-98％。但是，这个系统也更复杂，由于复杂结构的增加一些难以预料的问题也会在使用过程中出现。
4、污染物的控制
污染是导致细胞培养失败的一个主要因素，因而，二氧化碳培养箱的制造商们设计了多种不同的装置去减少和防止污染的发生，其主要途径都是尽量减少微生物可以生长的区域和表面，并结合自动排除污染装置来有效防止污染的产生。
例如，鉴于CO2培养箱在使用过程中有时会伴有霉菌生长，为确保培养箱免受污染且保证仪器箱体内的生物清洁性，有些公司开发设计了带有紫外清洁功能的增强型CO2培养箱；还有公司设计的特有铜外壳HEPA滤器能过滤培养箱内空气，可过滤除去99.97%的0.3um以上的颗粒，并能有效杀死过滤时被挡在滤器内的微生物颗粒；此外，自动杀菌装置能使箱内温度达到90℃从而杀死污染微生物，当它与HEPA系统结合使用就能够极大的减少污染。
这些装置对于细胞培养来说是必不可少，但选择何种清洁装置呢？当然功能越多越好的最适用，但是价格也会随之上升。如果经费有限，只能选择一个价格较便宜的，这时就应该配合使用一些消毒剂和除菌剂，经常进行消毒灭菌，也能达到贵仪器的效果，只是比较麻烦一点而已。总之，无论选择何种装置，都要时刻注意保持培养箱的清洁，经常清理箱体，这样才能增加仪器的使用寿命，并使实验顺利进行，保证结果的可靠性。
