Välgörenhet sade den nya tekniken skulle ge ett alternativ till väg ambulans resor, erbjuder betydligt snabbare transport av utsatta spädbarn mellan sjukhus.
Tjänsten började bära Babypods för nöduppdrag 2013.
Men de nya inkubatorerna kommer att fästa vid befintlig utrustning i helikoptern, vilket ger värme och syre.
De har också en öppen kammare som gör det möjligt att övervaka spädbarn under flygningar.
Walesiska läkare gick till Schweiz för att hjälpa till i designprocessen och, till en kostnad av £ 70.000 vardera, två nya inkubatorer har köpts av NHS Wales.
De kommer att användas på Wales Air Ambulances nyaste helikopter, den fjärde i dess flotta.
Vägning 15st 10lb (100kg) kommer inkubatorerna att monteras på en släde och kräver två personer för att lyfta dem i luft ambulans.
Sedan april 2015 har flygplansbesättningar tagits ombord av konsultläkare.
Dr Dindi Gill, Emergency Medical Retrieval and Transfer Service Cymru, sade: " Att ha inkubatorsystemet kommer att ytterligare förbättra EMRTS-teamens förmåga att hantera nyfödda som föds hemma eller på sjukhus.
"Det erkänns att temperaturkontroll är oerhört viktigt för denna patientgrupp och därför välkomnar vi möjligheten att bära inkubatorn på Wales Air Ambulances helikoptrar."
Efter besättningsutbildningen kommer inkubatortjänsten att hållas som en rättegång till slutet av 2016.
De mest avancerade flyginkubatorerna i Storbritannien för sjuka barn kommer att användas av Wales Air Ambulance senare denna månad.