Le pompe di calore funzionano come un frigorifero al contrario. Estraggono calore dall’ambiente circostante (aria, acqua o terreno) e lo rendono utilizzabile per il riscaldamento. La percentuale di energia elettrica impiegata è nettamente inferiore rispetto a quella del calore ambientale utilizzato.

1. Uno scambiatore di calore collega la pompa di calore alla fonte di calore. Può trattarsi di un’unità esterna dotata di ventilatore, per prelevare calore dall’aria, ma anche di uno scambiatore geotermico, di un pozzo di acqua freatica o di un’altra fonte. Attraverso questo scambiatore di calore scorre un liquido molto freddo. Esso si riscalda fino a raggiungere la stessa temperatura della fonte di calore e, nel farlo, evapora. L’evaporazione sottrae una quantità notevole di energia alla fonte di calore: nella vita quotidiana conosciamo questo effetto grazie alla sudorazione, in cui il sudore che evapora raffredda la pelle. 
2. Il gas così generato fluisce in un compressore che ne aumenta la pressione. Con l’aumento della pressione aumenta anche la temperatura. Il gas è ora sufficientemente caldo per essere utilizzato nell’impianto di riscaldamento. 
3. Il gas, tuttavia, non viene convogliato direttamente attraverso i termosifoni, ma cede il calore all’acqua di riscaldamento in un secondo scambiatore di calore. In questo modo il gas si condensa nuovamente e torna allo stato liquido. 
4. Nell’ultima fase, il liquido viene espanso in una valvola. In questo modo, la pressione e la temperatura diminuiscono. Il liquido è ora nuovamente più freddo della fonte di calore. Il ciclo può ricominciare da capo.

In questo processo l’energia elettrica viene utilizzata principalmente nel compressore e per le pompe di piccole dimensioni. Il calore proviene prevalentemente dall’ambiente circostante. In questo modo, da un chilowattora di energia elettrica è possibile generare fino a quattro chilowattora di calore. 

• Sfruttano il calore dell'ambiente circostante per fornire fino a quattro volte più calore di quanto consumino in energia elettrica.
• Grazie al calore ambientale, sfruttano in modo ottimale l’energia elettrica impiegata. Ciò consente di risparmiare sui costi e di ridurre le emissioni di CO₂.
• Con l’aumento della quota di energie rinnovabili nel mix energetico, le emissioni di CO₂ diminuiranno automaticamente in futuro. Grazie all’utilizzo di energia verde, è già possibile ridurle ulteriormente oggi.
• Le pompe di calore possono essere utilizzate sia per il riscaldamento che per il raffreddamento degli edifici.
• Le moderne pompe di calore funzionano in modo molto silenzioso. 

Le pompe di calore sono particolarmente adatte laddove vi sia spazio sufficiente per l’unità esterna, che preleva calore dall’ambiente circostante. Ciò vale soprattutto nei quartieri urbani meno densamente edificati. Nella pianificazione termica comunale, questi quartieri sono indicati come aree di approvvigionamento decentralizzato. Le moderne pompe di calore possono essere utilizzate sia nelle nuove costruzioni che negli edifici esistenti. 

Una pompa di calore è particolarmente efficiente quando la differenza di temperatura tra l’ambiente circostante e l’impianto di riscaldamento è ridotta. Ciò è possibile sia quando si utilizza una fonte di calore particolarmente calda, come le acque reflue o il calore residuo dei centri dati, sia quando l’impianto di riscaldamento funziona a basse temperature. 

Per questo motivo, le pompe di calore sono state spesso utilizzate in combinazione con edifici di nuova costruzione e sistemi di riscaldamento a pavimento, poiché in questi casi le temperature richieste sono basse. Le moderne pompe di calore sono tuttavia in grado di generare anche temperature più elevate, per cui il loro impiego in edifici esistenti dotati di radiatori tradizionali non rappresenta più, di norma, un problema. Ciononostante, vale la pena verificare se sia possibile effettuare un bilanciamento idraulico o se sia necessario sostituire singoli radiatori. Spesso ciò rende l’approvvigionamento termico ancora più efficiente.