Den molekylära strålepitaxin utfördes i högvakuum eller ultrahögt vakuum (1 x 10^-8Pa) miljö. Den viktigaste aspekten av molekylär strålepitaxi är dess låga avsättningshastighet, vilket vanligtvis tillåter filmen att epitaxiellt växa med en hastighet av mindre än 3000 nm per timme. En så låg avsättningshastighet kräver tillräckligt högt vakuum för att uppnå samma renhetsnivå som andra avsättningsmetoder.

För att möta det ultrahöga vakuumet som beskrivs ovan har MBE-enheten (Knudsen-cellen) ett kylskikt, och den ultrahöga vakuummiljön i tillväxtkammaren måste upprätthållas med hjälp av ett cirkulationssystem för flytande kväve. Flytande kväve kyler enhetens inre temperatur till 77 Kelvin (−196 °C). Den låga temperaturmiljön kan ytterligare minska innehållet av föroreningar i vakuum och ge bättre förutsättningar för avsättning av tunna filmer. Därför krävs ett dedikerat cirkulationssystem för flytande kväve för att MBE-utrustningen ska ge en kontinuerlig och jämn tillförsel av -196 °C flytande kväve.