。要了解热泵的工作原理，首先要了解制冷系统的工作原理。制冷系统(压缩制冷)一般由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器四部分组成。工作过程如下:低温低压液态制冷剂(如氟利昂)首先在蒸发器(如空调室内机)中从高温热源(如常温空气)吸热，气化成低压蒸汽。然后制冷剂气体在压缩机中被压缩成高温高压蒸汽，高温高压气体在冷凝器中被低温热源(如冷却水)冷却冷凝成高压液体。然后通过节流元件(毛细管、热膨胀阀、电子膨胀阀等)节流。)变成低温低压的液态制冷剂。这样，制冷循环就完成了。热泵的性能一般用制冷系数(COP性能系数)来评价。制冷系数定义为从低温物体传递到高温物体的热量与所需功率之比。通常情况下，热泵的制冷系数约为3-4，即热泵能从低温物体向高温物体传递其所需能量的3-4倍。因此，热泵本质上是一种热量提升装置。工作时消耗少量电能，但能从环境介质(水、空气、土壤等)中提取4-7倍的电能。)来提高温度进行利用，这也是热泵节能的原因。欧洲、美国和日本正在竞相开发新的热泵。据报道，新型热泵的制冷系数可达6至8。如果这个数值能够普及，就意味着能源会得到更有效的利用。热泵的普及率也将大幅提高。地源热泵(GSHP)是热泵的一种。它是一种利用土壤或水作为冷热源，冬季给建筑物供暖，夏季给建筑物降温的空调技术。GSHP只在地球和房间之间“转移”能量。使用最少的电能来维持所需的室内温度。在冬天，1千瓦的电将4-5千瓦的热量从土壤或水中送入室内。夏季则相反，通过热泵将室内热量传递给土壤或水，从而在室内获得凉爽的空气。地下获得的能量将在冬天使用。如此循环往复，将建筑空间与自然融为一体。以最低的成本获得最舒适的居住环境。
通常用于热泵装置的低温热源是我们周围的介质——空气、河水、海水，城市污水，地表水，地下水，中水，消防水池，或者是从工业生产设备中排出的工质，这些工质常与周围介质具有相接近的温度。热泵装置的工作原理与压缩式制冷机是一致的，在小型空调器中，为了充分发挥其效能，夏季空调降温或冬季取暖，都是使用同一套设备来完成。冬季取暖时，将空调器中的蒸发器与冷凝器通过一个换向阀来调换工作，详见图[2]。
在夏季空调降温时，按制冷工况运行，由压缩机排出的高压蒸汽，经换向阀（又称四通阀）进入冷凝器；在冬季取暖时，先将换向阀转向热泵工作位置，于是由压缩机排出的高压制冷剂蒸汽，经换向阀后流入室内蒸发器（作冷凝器用），制冷剂蒸汽冷凝时放出的潜热，将室内空气加热，达到室内取暖目的，冷凝后的液态制冷剂，从反向流过节流装置进入冷凝器（作蒸发器用），吸收外界热量而蒸发，蒸发后的蒸汽经过换向阀后被压缩机吸入，完成制热循环。这样，将外界空气（或循环水）中的热量“泵”入温度较高的室内，故称为“热泵”。上海冰箱厂生产的CKT一3A型窗式空调器，就是一种热泵式空调器。
在热泵循环中，从低温热源（室外空气或循环水，其温度均高于蒸发温度t0）中取得Q0kcal/h的热量，消耗了机械功ALkcal/h，而向高温热源（室内取暖系统）供应了Q1kcal/h的热量，这些热量之间的关系是符合热力学第一定律的，即Q1=Q0+ALkcal/h
如果不用热泵装置，而用机械功所转变成的热量（或用电能直接加热高温热源，则所得的热量为ALkcal/h，而用热泵装置后，高温热源（取暖系统）多获得了热量：Q1-AL=Q0，kcal/h
此一热量是从低温热源取得的，如果不用热泵装置，就无法取得这一热量。故用热泵装置旨可节省燃料，又可利用余热。
热泵的工作循环与热机的工作循环正好相反，热机是利用高温热源的能量来产生机械功的，而热泵是靠消耗机械功将低温热源的热量转移到高温物体中去。
若热泵与热机具有两个相同的热源温度，则热机循环的热效率η=AL╱Q1；热机循环的能量指标----热量转换系数φ=Q1╱AL，故φ=1╱η。η值总是小于1的，故φ值是大于1的。
若制冷机与热泵具有两个相同的热源温度，则它们之间的关系为：φ=Q1╱AL=（Q0+AL）╱AL=ε+1，ε 是制冷机的制冷系数。由此可看出，热量转换系数的最小值是ε=1，在此极限情况下Q0=0，即没有从低温热源吸取热量。
