Pompy ciepła pobierają z otoczenia – gruntu, wody, powietrza – zmagazynowane ciepło słoneczne i oddają je w formie energii cieplnej, która może służyć do ogrzewania wody lub ogrzewania pomieszczeń, a także do obu tych celów jednocześnie. Pompa czerpie ciepło ze źródeł o temperaturze niższej niż temperatura w pomieszczeniach lub temperatura ogrzewanej wody. Pobiera energię cieplną z medium o niższej temperaturze (np. woda gruntowa ma temperaturę 7÷12°C, a powietrze może mieć nawet -20°C) i dostarcza ją do odbiorników o temperaturze +20°C lub wyższej.
Proces taki kojarzy się z pompowaniem ciepła z dołu do góry. Od niższej do wyższej temperatury.

W dużym uproszczeniu sprężarkowa pompa ciepła składa się z dwu wymienników ciepła: skraplacza i parownika oraz kompresora i zaworu rozprężnego. Glikol z obiegu dolnego źródła, płynąc w wężownicy, odbiera energię cieplną z gruntu, powietrza lub wody. W parowniku pompy podgrzany w ten sposób oddaje ciepło zimnemu czynnikowi chłodniczemu obiegu wewnętrznego pompy ciepła. Czynnik chłodniczy podgrzewa się i odparowuje, stając się gazem. Następnie gaz ten jest sprężany w kompresorze. Wytworzone w tym procesie ciepło zostaje przekazane w skraplaczu do systemu instalacji centralnego ogrzewania budynku lub użyte do podgrzania ciepłej wody użytkowej. Skroplony gaz po przejściu przez zawór rozprężny obniża swoje ciśnienie oraz temperaturę i wraca do parownika, gdzie ponownie odbiera ciepło od czynnika obiegu dolnego źródła i proces zaczyna się ponownie. Podstawą działania pompy ciepła jest wzrost temperatury gazu przy jego sprężaniu i spadek temperatury przy rozprężaniu.