1、按工作原理分类
低温恒温器按工作原理可分为：贮液式低温恒温器，连续流动式低温恒温器，带制冷机的低温恒温器。
（1）贮液式低温恒温器，在这种类型的恒温器中，试样直接浸没在低温液体内而得到冷却，因而贮液式低温恒温器工作温区往往在液体的正常沸点到三相点之间。
（2）连续流动式低温恒温器，该类低温恒温器由贮存容器和恒温器等组成，贮存容器和恒温器之间输液管连接。由于加压，贮存容器中的低温液体流入恒温器中来冷却样品。通过控制流理即可实现控温，若结合加热装置，则可实现宽温区控温。
（3）带制冷机的低温恒温器，利用微型制冷机来代替低温液体，实现温度控制，往往采购G-M制冷机或斯特林制冷机来制取冷量并获得低温，目前也有采用脉冲管制冷机和稀释制冷机来获取低温的。这类恒温器可用于实验室小型低温超导体的实验研究和卫星红外遥感。
2、按用途分类
低温恒温器按用途可分为：
（1）热测量用低温恒温器：如用于材料的比热容、热导率和热膨胀率的测量：
（2）电磁测量用的恒温器：如用于霍尔效应，磁化率，磁阻等的测试
（3）光学测量用的低温恒温器：如在液氦温度下测量晶体的反射率和吸收率的频谱，以及天文红外和远红外观等的测量。因此需要带有窗口的低温恒温器，该类恒温器的温控精度要求不高
（4）机械测量用的恒温器：用于低温下材料的机械性能的实验，如拉伸强度等的测量。
3、接获得所需温度范围分类
低温恒温器按获得所需温度范围，大体可分成三类：
（1）所需温度在液体正常沸点及以下温度范围，可以通过把样品或实验装置浸没在低温液体中，然后改变液体上方的蒸汽压强来改变温度以获得所需温度;
（2）所需温度在液体正常沸点以上的温度范围，如4.2-77K，77K-300K等。一般称为中间温度，可通过两种方法获得中间温度：一种是使样品或装置与液池绝热或部分绝热，然后用电加热的方法来升高温度;另外一种是用冷气流，制冷机或其它制冷方法，例如活性炭吸附等控制供冷速率，以获得所需温度;
（3）所需温度在液体正常沸点温度以上及以下的宽温区，此时可同时采用上述几种方法来获得所需温度。
