液氮為-196℃以下的超低溫制冷劑，因為其氣態體積小、熱容量大、換熱速率快等特性，可以通過液氮的蒸發吸收樣品的熱量來實現深冷處理。利用液氮的低溫特性進行物品或測試樣本的深冷處理的儀器設備。通常使用時會先將待處理的樣品放置在低溫環境中，再通過不同方式降低整個系統的溫度達到處理效果。通常由內部與外部兩個主要區域構成。內部空間主要用于存放待處理的標本或者設備，而外部空間則負責產生和維持超低溫服務環境。
液氮深冷箱主要通過如下幾個步驟完成樣品的深冷處理：
(1)樣品預冷升降：將樣品先從室溫逐漸冷卻到接近液氮溫度，并縱向移動到液氮池內。
(2)液氮加注：打開存放液氮的容器閥門，依據操作要求傾倒合適量的液氮進入樣品放置區。
(3)液氮充填：溫度控制裝置指揮夾持裝置將樣品與液氮池分離，然后通過縱向移動裝置將空隙充填至上下等高，以確保樣品表面接觸到液氮并可以深冷處理。
(4)深冷處理：待樣品與液氮達到熱平衡后，由恒溫控制器設定所需方法的深冷溫度，其經由制冷系統和換熱系統取得超低溫環境，使部件和配件達到需要的溫度范圍。
(5)退出處理：樣品處理完成后，打開液氮池氣嘴，直接泄出剩余的液氮池內液體，使用提手將樣品從設計空間取出。
液氮深冷箱在各種實驗操作中都具有非常重要的作用。例如學、生物學、電子學等領域中對于某些物質或細胞的特定結構和功能進行研究時，需要采用超低溫的方式，來保證樣品不受影響并保持原有特性。此外，在金屬淬火等領域，液氮深冷箱也可以提高材料的硬度和強度。
