熱泵的工作原理和家用空調(diào)、電冰箱等的工作原理基本相同，通過流動媒體(以前一般為氟利昂，由替代氟利昂類產(chǎn)品所代替)在蒸發(fā)器、壓縮機(jī)，冷凝器和膨脹閥等部品中的氣相變化(沸騰和凝結(jié))的循環(huán)來將低溫物體的熱量傳遞到高溫物體中去。
具體工作過程如下：①過熱液體媒體在蒸發(fā)器內(nèi)吸收低溫物體的熱量，蒸發(fā)成氣體媒體。②蒸發(fā)器出來的氣體媒體經(jīng)過液壓縮機(jī)的壓縮，變?yōu)楦邷馗邏旱臍怏w媒體。③高溫高壓的氣體媒體在冷凝器中將熱能釋放給高溫物體、同時自身變?yōu)楦邏阂后w媒體。④高壓液體媒體在膨脹閥中減壓，再變?yōu)檫^熱液體媒體，進(jìn)入蒸發(fā)器，循環(huán)最初的過程。
熱泵的性能一般用成績系數(shù)(COP)來評價。成績系數(shù)的定義為由低溫物體傳到高溫媒體的熱量與所需的動力之比，即制熱量與輸入功率的比值。通常熱泵的成績系數(shù)為3-4左右，也就是說，熱泵能夠?qū)⒆陨硭枘? 量的3到4倍的熱能從低溫物體傳送到高溫物體。歐美日都 在競相開發(fā)新型的熱泵。據(jù)報導(dǎo)新型的熱泵的成績系數(shù)可6到8。如果這一數(shù)值能夠得到普及的話，這意味著能源將得到更有效的利用。熱泵的普及率也將得到驚人的提高。目前熱泵的最高出力溫度為110度左右，超過這個溫度將有可能出現(xiàn)使媒體分解的危險。
由于氟利昂對地球大氣臭氧有破壞作用，為了保護(hù)地球的生態(tài)環(huán)境，除了提高熱泵的成現(xiàn)系數(shù)，有效利用能源以外，各國科學(xué)還致力于新型冷凍媒體的開發(fā)。已有替代氟利昂的媒體得到應(yīng)用。
熱泵熱水系統(tǒng)包括熱泵主機(jī)和換熱儲水箱兩部分。熱泵主機(jī)部分包括風(fēng)冷式蒸發(fā)器、壓縮機(jī)及膨脹閥；換熱儲水箱為內(nèi)置冷凝盤管的儲熱水箱。冷媒(工質(zhì))在蒸發(fā)管內(nèi)吸收環(huán)境空氣中的熱量，通過熱泵循環(huán)由冷凝盤管在水箱內(nèi)釋放熱量，加熱水箱中的水。
要搞清楚熱泵的工作原理，首先要懂得制冷系統(tǒng)的工作原理。制冷系統(tǒng)（壓縮式制冷）一般由四部分組成：壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器。其工作過程為：低溫低壓的液態(tài)制冷劑（例如氟利昂），首先在蒸發(fā)器里從低溫?zé)嵩矗ɡ缋鋬鏊┪鼰岵饣Ｈ缓髩嚎s機(jī)抽取蒸發(fā)器里氣化后的制冷劑氣體并壓縮到冷凝器內(nèi)，此時制冷劑氣體變成高溫高壓氣體。該高溫高壓氣體在冷凝器內(nèi)被高溫?zé)嵩矗ɡ缋鋮s水）冷卻凝結(jié)成液體，變成高溫高壓液體制冷劑。再經(jīng)節(jié)流閥截流成低溫低壓液態(tài)制冷劑。如此就完成一個制冷循環(huán)。
對于一臺分體式熱泵空調(diào)來說，夏天制冷時就是把冷凝器放在室外，而把蒸發(fā)器放在室內(nèi)。運行時就把室內(nèi)的熱量輸送到了室外。而冬季則把蒸發(fā)器放在室外，把冷凝器放在室內(nèi)，這樣就把室外的熱量輸送到了室內(nèi)。當(dāng)然我們不會換季時去拆裝設(shè)備了，而是通過體格轉(zhuǎn)換閥使蒸發(fā)器和冷凝器換位的。
熱泵空調(diào)里面有一個四通換向閥。在制冷工況下，室內(nèi)熱交換器就是蒸發(fā)器，室外熱交換器（夏天往外呼呼出熱風(fēng)的那個東西）就是冷凝器。冬季供熱的時候，四通換向閥切換，改變冷媒的流向，此時，室內(nèi)熱交換器就是冷凝器，室外熱交換器（冬天往外呼呼出冷風(fēng)的那個東西）就是蒸發(fā)器。由于冬季往外出冷風(fēng)，換熱器要結(jié)霜，所以等結(jié)霜到一定程度時，四通換向閥再切換，空調(diào)變成夏季制冷工況，室外熱交換器得到熱量，化霜，化霜完畢后，四通閥再切換到制熱狀態(tài)。除霜時，為了防止向室內(nèi)吹冷風(fēng)，故室內(nèi)機(jī)的風(fēng)機(jī)停止運轉(zhuǎn)。
熱泵是以冷凝器放出的熱量來供熱的制冷系統(tǒng)，它被形象的稱為“熱量倍增器”。在市場上廣泛出現(xiàn)的家用冷暖空調(diào)器上，就已經(jīng)廣泛地應(yīng)用了熱泵制熱，其制熱系數(shù)已高達(dá)3以上。那么，利用熱泵的原理來制取熱水，消耗一度電所獲得的熱水，比普通電熱水器消耗三度電所獲得的熱水還要多，這是傳統(tǒng)熱水器所不能企及的。"