Las bombas de calor funcionan como un frigorífico a la inversa. Extraen calor del entorno (aire, agua o suelo) y lo aprovechan para la calefacción. La proporción de energía eléctrica consumida es considerablemente menor que la proporción de calor ambiental aprovechado.

1. Un intercambiador de calor conecta la bomba de calor con la fuente de calor. Puede tratarse de una unidad exterior con ventilador, para extraer calor del aire, pero también de un intercambiador de calor geotérmico, un pozo de agua subterránea u otra fuente. Por este intercambiador de calor circula un líquido muy frío. Este se calienta hasta alcanzar la misma temperatura que la fuente de calor y, al hacerlo, se evapora. La evaporación extrae una gran cantidad de energía de la fuente de calor; en la vida cotidiana, este efecto se conoce por la sudoración, en la que el sudor que se evapora enfría la piel. 
2. El gas resultante fluye hacia un compresor, que aumenta la presión. Al aumentar la presión, también aumenta la temperatura. El gas está ahora lo suficientemente caliente como para utilizarse en la calefacción. 
3. Sin embargo, el gas no se conduce directamente a los radiadores, sino que cede el calor al agua de calefacción en un segundo intercambiador de calor. De este modo, el gas se condensa de nuevo y se vuelve líquido. 
4. En el último paso, el líquido se expande en una válvula. Al hacerlo, disminuyen la presión y la temperatura. El líquido vuelve a estar más frío que la fuente de calor. El ciclo puede comenzar de nuevo desde el principio.

En este proceso, la electricidad se utiliza principalmente en el compresor, así como para bombas de menor tamaño. El calor procede en su mayor parte del entorno. De este modo, a partir de un kilovatio-hora de electricidad se pueden generar hasta cuatro kilovatios-hora de calor. 

• Aprovechan el calor del entorno para generar hasta cuatro veces más calor del que consumen en electricidad.
• Gracias al calor ambiental, aprovechan al máximo la electricidad consumida. Esto supone un ahorro de costes y reduce las emisiones de CO₂.
• Con el aumento de la proporción de energías renovables en la combinación energética, las emisiones de CO₂ se reducirán automáticamente en el futuro. El uso de electricidad verde ya permite reducirlas aún más en la actualidad.
• Las bombas de calor pueden utilizarse tanto para calentar como para refrigerar edificios.
• Las bombas de calor modernas funcionan de forma muy silenciosa. 

Las bombas de calor resultan especialmente adecuadas cuando hay espacio suficiente para la unidad exterior, que extrae el calor del entorno. Esto ocurre sobre todo en barrios con una menor densidad de edificación. En la planificación municipal de la calefacción, estos barrios se designan como zonas de suministro descentralizado. Las bombas de calor modernas pueden instalarse tanto en edificios de nueva construcción como en edificios antiguos. 

Una bomba de calor resulta especialmente eficiente cuando la diferencia de temperatura entre el entorno y el sistema de calefacción es reducida. Esto se consigue bien utilizando una fuente de calor especialmente cálida, como las aguas residuales o el calor residual de los centros de datos, bien haciendo funcionar el sistema de calefacción a bajas temperaturas. 

Por este motivo, las bombas de calor se han utilizado a menudo en edificios de nueva construcción y con calefacción por suelo radiante, ya que en estos casos las temperaturas necesarias son bajas. Sin embargo, las bombas de calor modernas son capaces de generar también temperaturas más altas, por lo que su uso en edificios antiguos con radiadores clásicos ya no suele suponer ningún problema. No obstante, merece la pena comprobar si se puede realizar un equilibrado hidráulico o si es necesario sustituir algunos radiadores. A menudo, esto hace que el suministro de calor sea aún más eficiente.