ตัวควบคุมอุณหภูมิสำหรับตู้แช่แข็งเป็นองค์ประกอบสำคัญที่ช่วยรักษาอุณหภูมิที่ต่ำกว่าจุดเยือกแข็งอย่างสม่ำเสมอ (โดยทั่วไปอยู่ที่ -18°C ถึง -25°C) เพื่อรักษาความปลอดภัยของอาหารและยืดอายุการเก็บรักษา ใช้ได้ทั้งในรุ่นตู้แช่แข็งตั้งพื้น/ตู้แช่แข็งแบบกล่องสำหรับครัวเรือนและรุ่นเชิงพาณิชย์ (เช่น ตู้แช่แข็งขนาดใหญ่ในร้านขายของชำ) ตัวควบคุมทำงานได้สองประเภทหลัก คือ แบบกลไก (ใช้แผ่นโลหะคู่) และแบบอิเล็กทรอนิกส์ (ควบคุมด้วยไมโครชิป) ตัวควบคุมแบบกลไกใช้จานโลหะคู่ที่ประกอบด้วยโลหะสองชนิดที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่างกัน (เช่น ทองเหลืองและอินวาร์) ซึ่งจะงอตัวเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง ทำให้สวิตช์ทำงานเพื่อเปิด-ปิดคอมเพรสเซอร์ ส่วนตัวควบคุมแบบอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งพบได้บ่อยในตู้แช่แข็งรุ่นใหม่ จะมีการติดตั้งเทอร์มิสเตอร์ (ตัวต้านทานที่ไวต่ออุณหภูมิ) เพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิด้วยความแม่นยำ ±0.5°C และส่งสัญญาณไปยังแผงควบคุมเพื่อปรับรอบการระบายความเย็น ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (ลดการใช้ไฟฟ้าลง 10–15% เมื่อเทียบกับตัวควบคุมแบบกลไก) คุณสมบัติความปลอดภัยที่สำคัญรวมถึงระบบแจ้งเตือนอุณหภูมิสูง (ทำงานเมื่ออุณหภูมิภายในสูงกว่า -10°C เพื่อป้องกันการเสียหายของอาหาร) และระบบป้องกันการโอเวอร์โหลดสำหรับคอมเพรสเซอร์ การใช้งานทั่วโลกได้รับการรับรองผ่านความสามารถในการปรับแรงดันไฟฟ้า (110–120V สำหรับอเมริกาเหนือ, 220–240V สำหรับยุโรป/เอเชีย) และการปฏิบัติตามมาตรฐาน เช่น UL 60335 (ความปลอดภัย) และ ENERGY STAR (ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน) สัญญาณบ่งชี้ว่าตัวควบคุมมีปัญหา ได้แก่ ตู้แช่แข็งไม่เย็น (คอมเพรสเซอร์ไม่ทำงาน), แช่แข็งมากเกินไป (คอมเพรสเซอร์ทำงานตลอดเวลา) หรืออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงขึ้นลงไม่สม่ำเสมอ การเปลี่ยนตัวควบคุมจำเป็นต้องเลือกให้ตรงกับช่วงอุณหภูมิและประเภทขั้วต่อ (เช่น แบบ 2 พิน หรือแบบ 4 พิน) ของรุ่นตู้แช่แข็ง โดยมีตัวเลือกอะไหล่ทดแทนสำหรับแบรนด์หลัก (Samsung, Whirlpool, Bosch) เพื่อรองรับตลาดในแต่ละภูมิภาค