Pompa ciepła przekształca energię słoneczną zgromadzoną w powietrzu do ogrzania domu. W pompie ciepła krąży czynnik chłodniczy, który podlega przemianom termodynamicznym z postaci ciekłej w gazową i przekazuje tym samym energię z dolnego źródła (powietrza) do górnego (c.o., zasobnik c.w.u.). Proces ten przebiega wbrew naturalnemu kierunkowi przepływu ciepła i zachodzi dzięki dostarczonej z zewnątrz energii. Pompy ciepła wykorzystują ciepło niskotemperaturowe (o niskiej energii) (w praktyce 0°C – 60°C), trudne do innego praktycznego wykorzystania.

W obiegu pompy ciepła zachodzą w sposób ciągły cztery procesy:

• w parowniku (wymiennik ciepła) ulega procesowi odparowania na skutek odbioru ciepła z dolnego źródła;
• w sprężarce następuje sprężanie pary czynnika roboczego, czemu towarzyszy wzrost temperatury;
• w skraplaczu para ulega procesowi skraplania przez oddanie ciepła do systemu grzewczego;
• ostatecznie czynnik roboczy w postaci skroplonej jest dozowany do parownika poprzez zawór rozprężny, gdzie następuje ponownie proces odparowania i rozpoczęcie nowego cyklu.

Do scharakteryzowania pomp ciepła używa się współczynnika wydajności pompy ciepła, tzw. COP, który jest równy stosunkowi uzyskanego w górnym źródle ciepła do włożonej pracy. Współczynnik ten może przyjmować w praktyce wartości od około 3 do kilkunastu, co oznacza dużą oszczędność energii elektrycznej w porównaniu np. ze zwykłym grzejnikiem elektrycznym (w którym stosunek ciepła do energii elektrycznej jest bliski liczbie jeden). Przy wykorzystaniu pompy do ogrzewania zakłada się, że źródło energii cieplnej jest darmowe dlatego współczynnik efektywności określa się jako stosunek całkowitej energii w jednostce zewnętrznej do energii elektrycznej pobranej z sieci.