設計低溫領域的熱交換器，基本原理和一般溫度范圍內的相同。但在極低溫度情況下工作，有一些特殊的要求，需要設計者密切注意。
（1）設備緊湊低溫熱交換器的傳熱面積本已很大，加之為了減少低溫設備的冷量損失，所需的絕熱層往往很厚。由于這兩方面的原因，要求設備要做得十分緊湊，使每單位容積內具有很大的傳熱面積，例如板翅式熱交換器一般要比管殼式熱交換器大五倍以上，這對于減小投資，降低絕熱材料的費用都有重要意義。另外，為了盡可能減少低溫系統中熱交換器的臺數，熱交換器應力求具有多通道的性能，讓多種流體在其中熱交換
（2）阻力小在低溫熱交換器中，要求氣體通過時的阻力很小以減小壓縮功的消耗。阻力增加將使精餾塔內和低壓氣體的輸送壓力提高。據計算，對低壓制氧裝置，壓降每增大0.01MPa，將使能耗增加3%左右。此外，低壓氣體壓力的增高將使主熱交換器中凝固的雜質
（如C○2、HzO）重新升華時增加排除的困難，同時還減小了膨脹機所產生的制冷量。
（3）氣密性高高度的氣密性對制氧裝置的熱交換器十分重要。例如在一臺3350m/h的制氧機中，氧的純度要求是99,5%，若空氣壓力為7MP，則在熱交換器的傳熱面上即使只有0.15mm的一個小孔，就足以使氧純度下降到99%，這樣的氧氣就不能用于氣焊、切割。又如在許多場合需要極高純度的氮氣，其中的氧含量總共不過0.001%，此時若有微量空氣漏入，就使氧含量增加到不能容許的程度。
（4）應保證清除被冷卻氣體中的水分和二氧化碳等雜質在制氧裝置中，被冷卻氣體中所夾帶的雜質都將在低溫下凝成固體附著在熱交換器的傳熱面上，隨后在低壓的冷氣體流過時又重新蒸發而被帶走。為了保證能使這些雜質升華，要求熱交換器的冷端溫差要小。
溫差愈小，則不能帶走的量愈少。通常冷端溫差只有5~8℃。
（5）注意換熱系數和平均溫差計算方法的不同在計算低溫熱交換器時，前面所述的換熱公式一般都能應用，但在低溫工程中，流體與固體間經常同時有輻射和對流換熱，在不同條件下，輻射換熱所占比例不同，因而必須考慮輻射換熱的影響，用式（2.49）和式（2.50）計算換熱系數。在計算平均溫差時，也應特別慎重。因為在極低溫度時，特別是在接近工質臨界壓力時，氣體的比熱變化很大，在這種情況下的平均溫差，就應該用積分平均溫差法來計算」
（6）采用適合于低溫的材料因低溫對不同材料的機械性質有著不同的影響，因而低溫材料的選用是一個重要的問題。一般而言，常用的碳鋼、不銹鋼、有色金屬以及它們的合金
等，低溫時的屈服點、強度極限和硬度等都將增加，但低溫時，常用碳鋼的韌性急劇下降到常溫時的幾十分之一，在一180℃時還不到10N/m，這樣就造成了嚴重的低溫脆化現象，降低了抗沖擊性能，因而對低溫熱交換器的用鋼、結構、制造等方面在GB151一1999及鋼制壓力容器國家標準（GB150一1998）中均提出了具體要求。
有色金屬的韌性在低溫下變化不大，其中如銅反而隨溫度的降低有所增加。多數有色金屬的合金也沒有低溫脆化現象，因而都可以在低溫下應用。
