Zasada działania pompy ciepła, sprowadza się do wykorzystania zmian stanu skupienia czynnika chłodniczego, jakim są ciecze (bądź ich mieszaniny) nisko-wrzące. Taka ciecz przepływając przez wymiennik ciepła wystawiony na działanie temperatury powietrza zewnętrznego - przy jej zwyczajowych wartościach - wrze przechodząc w stan gazowy. Odbywa się to poprzez odbieranie ciepła z otoczenia podczas parowania. Stąd nazwa tego wymiennika ciepła - parownik.

Następnie, powstałe w ten sposób pary czynnika, są transportowane do kompresora, gdzie podczas sprężania otrzymują dodatkową porcję energii. Tym samym, dodatkowo wzrasta ich temperatura. Skumulowane w ten sposób ciepło, jest oddawane w kolejnym wymienniku ciepła, jakim jest skraplacz. Jak wskazuje nazwa elementu, tu następuje skroplenie par czynnika.

I tu, w zależności od tego czy ciepło oddawane jest bezpośrednio do otaczającego powietrza ogrzewanego pomieszczenia, czy też do wody instalacji CO lub CWU, rozróżnia się pompy typu powietrze-powietrze, lub powietrze-woda.

Czynnik po skropleniu – wciąż pod wysokim ciśnieniem - przepływa do kolejnego elementu, jakim jest zawór rozprężny. Zgodnie z fizyką, nagły spadek ciśnienia czynnika, powoduje natychmiastowe jego ochłodzenie. W tym stanie ponownie trafia do parownika, aby odebrać ciepło z otoczenia. W ten sposób cykl zamyka się.