Les pompes à chaleur fonctionnent comme un réfrigérateur à l'envers. Elles extraient la chaleur de l'environnement (air, eau ou sol) et la rendent utilisable à des fins de chauffage. La part d'énergie électrique consommée est nettement inférieure à celle de la chaleur environnementale exploitée.

1. Un échangeur de chaleur relie la pompe à chaleur à la source de chaleur. Il peut s'agir d'une unité extérieure équipée d'un ventilateur, destinée à extraire la chaleur de l'air, mais aussi d'un échangeur géothermique, d'un puits d'eau souterraine ou d'une autre source. Un fluide très froid circule à travers cet échangeur de chaleur. Il se réchauffe jusqu'à atteindre la même température que la source de chaleur et s'évapore alors. L'évaporation permet de prélever une quantité d'énergie particulièrement importante de la source de chaleur ; dans la vie quotidienne, on connaît cet effet grâce à la transpiration, où la sueur qui s'évapore rafraîchit la peau. 
2. Le gaz ainsi produit est acheminé vers un compresseur qui augmente sa pression. Cette augmentation de pression entraîne également une hausse de la température. Le gaz est alors suffisamment chaud pour être utilisé dans le système de chauffage. 
3. Cependant, le gaz n’est pas acheminé directement vers les radiateurs, mais cède sa chaleur à l’eau de chauffage dans un deuxième échangeur de chaleur. Le gaz se condense alors à nouveau et redevient liquide. 
4. Dans la dernière étape, le liquide est détendu dans une soupape. La pression et la température baissent alors. Le liquide est à nouveau plus froid que la source de chaleur. Le cycle peut recommencer depuis le début.

Dans ce processus, l’électricité est principalement utilisée dans le compresseur, ainsi que pour les petites pompes. La chaleur provient en grande partie de l’environnement. Ainsi, un kilowattheure d’électricité permet de produire jusqu’à quatre kilowattheures de chaleur. 

• Ils utilisent la chaleur ambiante pour fournir jusqu'à quatre fois plus de chaleur qu'ils n'en consomment en électricité.
• Grâce à la chaleur ambiante, elles exploitent de manière optimale l'électricité consommée. Cela permet de réaliser des économies et de réduire les émissions de CO₂.
• Avec la part croissante des énergies renouvelables dans le mix électrique, les émissions de CO₂ diminueront automatiquement à l'avenir. L'utilisation d'électricité verte permet d'ores et déjà de les réduire davantage.
• Les pompes à chaleur peuvent être utilisées aussi bien pour le chauffage que pour le refroidissement des bâtiments.
• Les pompes à chaleur modernes fonctionnent de manière très silencieuse. 

Les pompes à chaleur sont particulièrement adaptées aux endroits où l'espace disponible est suffisant pour installer l'unité extérieure, qui extrait la chaleur de l'environnement. C'est notamment le cas dans les quartiers moins densément construits. Dans le cadre de la planification thermique communale, ces quartiers sont désignés comme des zones d'approvisionnement décentralisé. Les pompes à chaleur modernes peuvent être utilisées aussi bien dans les constructions neuves que dans les bâtiments anciens. 

Une pompe à chaleur est particulièrement efficace lorsque la différence de température entre l'environnement et le système de chauffage est faible. Cela est possible soit en utilisant une source de chaleur particulièrement chaude, comme les eaux usées ou la chaleur résiduelle des centres de données, soit en faisant fonctionner le système de chauffage à basse température. 

C’est pourquoi les pompes à chaleur ont souvent été utilisées dans les constructions neuves équipées d’un chauffage au sol, car les températures requises y sont faibles. Les pompes à chaleur modernes sont toutefois capables de produire des températures plus élevées, de sorte que leur utilisation dans des bâtiments anciens équipés de radiateurs classiques ne pose généralement plus de problème. Il est néanmoins utile de vérifier s'il est possible de procéder à un équilibrage hydraulique ou s'il convient de remplacer certains radiateurs. Cela permet souvent d'améliorer encore l'efficacité de l'approvisionnement en chaleur.