二氧化碳培養箱是通過在培養箱箱體內模擬形成一個類似細胞/組織在生物體內的生長環境，培養箱要求穩定的溫度(37°C)、穩定的CO2水平(5%)、恒定的酸堿度(pH值:7.2-7.4)、較高的相對飽和濕度(95%)，來對細胞/組織進行體外培養的一種裝置。由于動物細胞培養液一般使用碳酸鹽pH緩沖系統，要求培養環境中維持一定濃度的CO2，所以動物細胞的培養一般需要CO2培養箱。

    CO2培養箱采用兩種不同的CO2維持系統。一種方式是通過使用空氣泵，將CO2和空氣按一定比例混合后吹入培養箱。另一種方式是通過一個自動的CO2檢測控制系統，在檢測到CO2濃度低于要求濃度時打開CO2氣閥充入CO2。由于前一種方法耗費CO2而且不容易控制CO2濃度，先進的CO2培養箱都采用自動監控系統來維持CO2的濃度。

     配有自動CO2檢測控制系統的培養箱需要根據生產廠家的說明，定期做CO2濃度的測試和矯正。

    CO2培養箱的隔熱采用水套式和氣套式兩種類型。氣套式采用隔熱系統和表面散熱元件使培養箱內溫度均衡，但是因為外部電熱系統分布不均衡可導致培養箱內上下溫度不一至，溫差相對較大。水套式需要用戶在安裝培養箱時培養箱壁的空間內灌入大量蒸餾水。由于水的比熱容很高，水套式的優點是有助于均勻散熱和避免形成冷區，以及在斷電后能夠比較好的減緩培養箱內溫度的降低。水套式因4周環水，所以溫度均勻性很好。新型的CO2培養箱大多采用水套式。

    目前大多數實驗室都使用進口的細胞培養箱。雖然進口的產品質量上比較有保障，但價格很貴，而且售后服務不是很方便。

    CO2培養箱一般配一個水盤，用以維持很高的濕度。水盤內的水要定期添加，水盤也要定期清洗以避免微生物的生長。

     為了減少微生物的污染，有一些CO2培養箱提供滅菌功能。有的可以加熱到比較高的溫度來滅菌，有的則通過讓空氣循環通過一個紫外線腔體的辦法來滅菌，這樣就滅菌時就不需要中斷細胞的培養。