Eine Wärmepumpe funktioniert im Grunde wie ein Kühlschrank, der den Lebensmitteln in seinem Inneren die Wärme entzieht und sie nach außen abgibt. Wärmepumpen entziehen nämlich der Umwelt Wärme und geben sie über einen Kreislauf an das Heizsystem ab. Als Wärmequellen können dabei die Luft, das Grundwasser oder auch Wärme vom Erdreich fungieren, die alle in fast unbegrenzter Menge vorhanden sind. Damit eine Wärmepumpe im Heizungsbereich funktionieren kann, wird als Wärmeträger ein flüssiges Kühlmittel mit einem äußerst niedrigen Siedepunkt gewählt, welches in einem geschlossenen Kreislauf (s. Abbildung) eingesetzt wird.

Das Kühlmittel befindet sich zunächst im Verdampfer (1 = Wärmetauscher), in dem es der Umwelt die Wärme entzieht und auf diese Weise seinen Siedepunkt erreicht. Der Verdichter (2 = Kompressionspumpe, Kompressor) sorgt anschließend dafür, dass das bereits leicht erwärmte und gasförmige Wärmeträgermittel eine höhere Temperatur und Druck erreicht. Dafür muss der Verdichter mit äußerer Energie in Form von Strom angetrieben werden. Im sogenannten Verflüssiger (3 = Wärmetauscher) wird dem Kühlmittel die Wärme entzogen und über das angeschlossene Heizungssystem (Speicher + Heizkreis mit Fußboden-, Wandheizflächen oder Heizkörper) abgegeben. Die Wärmeträgerflüssigkeit verliert dabei bereits einen Wärmeanteil und kühlt etwas ab. Anschließend wird das Medium durch ein Expansionsventil (4 = Drossel) geführt, wodurch sich der Druck und die Temperatur des Wärmeträgermediums verringert, so dass es dadurch abkühlt und wieder den flüssigen Aggregatzustand erreicht. Jetzt kann erneut über den Verdampfer (1) Wärme aufgenommen werden und der Prozess im geschlossenen Kreislauf beginnt erneut.

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