顾名思义，热泵就是可以把热量由低温热源输送到高温热源的机械设备。比如在冬季，室外的空气、地面水、地下水等等就是低温热源，而室内空气就是高温热源。热泵式空调就是可以把室外环境的热量输送到室内环境里。 要搞清楚热泵的工作原理，首先要懂得制冷系统的工作原理。制冷系统（压缩式制冷）一般由四部分组成：压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器。其工作过程为：低温低压的液态制冷剂（例如氟利昂），首先在蒸发器里从低温热源（例如冷冻水）吸热并气化。然后压缩机抽取蒸发器里气化后的制冷剂气体并压缩到冷凝器内，此时制冷剂气体变成高温高压气体。该高温高压气体在冷凝器内被高温热源（例如冷却水）冷却凝结成液体，变成高温高压液体制冷剂。再经节流阀截流成低温低压液态制冷剂。如此就完成一个制冷循环。
对于一台分体式热泵空调来说，夏天制冷时就是把冷凝器放在室外，而把蒸发器放在室内。运行时就把室内的热量输送到了室外。而冬季则把蒸发器放在室外，把冷凝器放在室内，这样就把室外的热量输送到了室内。当然我们不会换季时去拆装设备了，而是通过体格转换阀使蒸发器和冷凝器换位的。
热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热，经过电力做功，输出能用的高品位热能的设备。现在我国主要利用三种热泵技术，分别是水源热泵，地缘热泵，以及空气源热泵。
水源热泵从16℃的井水中提取热，经电力压缩机对循环的工质做工，可以达到输出热水温度52℃，而其输出热量与输入电功率之比为3.51，比直接用电采暖节省电力72％。这种热水可以利用风机盘管向房间供暖。夏季，又可利用同一装置制冷，做到一机多用，即节省初投资，又节省运行费。在有条件提供地下水源的情况下，是一种理想的节能系统装置。但在大部分城市地区，由于受到水源开采的限制，实际推广工程中难度很大。
另一类热泵是以空气为热源，理论上可以不受资源限制，在任何地区运用。大部分的冷暖空调就是这种产品，
它供热是通过直接产生热风或产生45℃热水后再产生热风实现的。但是空气源热泵在寒冷气候下，由于蒸发温度低，压缩机入口压力降低，工质比重增大，因而阻力加大，压缩机的吸气量就变小，如果仍要求与传统机组同样的冷凝温度，则会导致压缩比重大，会使压缩机过热，甚至烧坏，至少是不能稳定运行。
为此，国内有些厂家在出风口加电补热，有些在水系统的回水管加补热器，国外有些用燃油、燃气为蒸发器补热，或用变频手段在寒冷天气使压缩机加速运转，同时喷液等等，这些做法或是使热泵效率降得很低，或是使其结构复杂化而造价提高，应该说这些技术路线都不理想。
