Sposób działania pompy ciepła odpowiada funkcjonowaniu lodówki. W lodówce ciepło odbierane jest z produktów za pomocą parownika i przez skraplacz (kondensator) oddawane jest do pomieszczenia. W przypadku pompy ciepła ciepło pobrane jest ze środowiska naturalnego (tj. gruntu, z wody lub powietrza), a następnie doprowadzone do systemu grzejnego. Np.: ciepło z ziemi jest pobierane za pomocą kolektorów gruntowych lub sond pionowych i transportowane do pompy ciepła poprzez tzw. solankę (niezamarzająca mieszanina glikolu z wodą). Jeśli ciepło odbierane jest z wody, zostaje ona doprowadzona do parownika pompy ciepła. W obiegu pompy ciepła krąży czynnik roboczy, (płyn wrzący już w niskich temperaturach). W parowniku czynnik roboczy znajduje się pod niskim ciśnieniem. Poziom temperatury ciepła ze środowiska przy parowniku jest wyższy niż zakres temperatury wrzenia czynnika roboczego odpowiadającego danemu ciśnieniu. Ten spadek temperatury powoduje przeniesienie ciepła ze środowiska naturalnego na czynnik roboczy, przy czym ten ostatni ulega wrzeniu i odparowaniu. Następnie w sprężarce zostaje sprężony. Podczas tego procesu wzrasta ciśnienie oraz jego temperatura. Para czynnika roboczego dostaje się ze sprężarki do kondensatora okrążanego przez wodę grzewczą z układu c.o. i c.w.u. Temperatura wody grzewczej jest niższa niż temperatura kondensacji czynnika roboczego, tak więc para ulega schłodzeniu i przy tym ponownemu skropleniu (skondensowaniu). Energia pobrana w parowniku (ciepło) zostaje uwolnione przez proces kondensacji i oddana wodzie grzewczej. Następnie czynnik roboczy odprowadzony jest przez zawór rozprężny do parownika. Czynnik roboczy zostaje rozprężony z wysokiego ciśnienia na niskie. Obniża się temperatura (efekt otwierania mocno schłodzonej wody, lub gaśnicy na zaworze tworzy się szron). Stad na parowniku początkowa temperatura i ciśnienie zostają ponownie osiągnięte. Obieg krążenia jest zamknięty.