为了保证为细胞生长和代谢提供合适的温度，温度控制系统也是通气搅拌罐所必备的。温度控制系统由温度测量电极、热交换装置及相应的控制装置组成。
由于生物反应和机械搅拌都是放热过程，多数生物反应体系在运行期间需要冷却，就地灭菌后的培养基更要求快速泠却。对大型通气搅拌罐，通常采用罐内安装的冷却盘管或采用夹套式发酵罐进行温度控制；而对5m3以下的小型通气搅拌罐，热交换器多采用夹套作为换热装置。对大型反应器，盘管的冷却效率要远高于夹套，而且传热面积可以根据需要设计，但它要占用反应器空间，并使反应器清洗和灭菌更加困难。为了强化传热，夹套可以设计成蜂窝状以增加冷却介质的流速，这样可以弥补传热面积不足的限制。
培养基的就地灭菌需要加热装置。有时细胞培养的开始阶段和结束阶段由于细胞产生的代谢热不足以维持生物反应器内的适合温度，需要通过热交换器加热。大型反应器培养基的就地灭菌一般采用直接向反应器中通入高压水蒸汽的方法实现快速加热。小型反应器则通常采用夹套加热或电加热。