Воздушный тепловой насос может представлять собой парокомпрессионную холодильную установку,которая 

принципсостоит из следующих основных компонентов: компрессор, конденсатор, расширительный вентиль и испаритель.

Газообразный хладагент поступает на вход компрессора. Компрессор сжимает газ, при этом его давление и температура увеличиваются (универсальный газовый закон Менделеева-Клапейрона). Горячий газ подается в теплообменник,называемый конденсатором, в котором он охлаждается, передавая свое тепло воздуху или воде, и конденсируется -переходит в жидкое состояние.

Далее на пути жидкости высокого давления установлен расширительный вентиль, понижающий давление хладагента. Компрессор и расширительный вентиль делят замкнутый гидравлический контур на две части: сторону высокого давления и сторону низкого давления. Проходя через расширительный вентиль, часть жидкости испаряется,и температура потока понижается.

Далее этот поток поступает в теплообменник(испаритель), связанный с окружающей средой (например, воздушный теплообменник на улице). При низком давлении жидкость испаряется(превращается в газ) при температуре ниже, чем температура наружного воздуха или грунта. В результате часть тепла наружного воздуха или грунта переходит во внутреннюю энергию хладагента. Газообразный хладагент вновь поступает в компрессор - контур замкнулся.Можно сказать, что работа компрессора идет не столько на «производство»теплоты, сколько на ее перемещение. Поэтому,затрачивая всего 1 кВт электрической мощности на привод компрессора,можно получить теплопроизводительностьконденсатора около 5 кВт.

Тепловой насос несложно заставить работать в обратном направлении, то есть использовать его для охлаждения воздуха в помещении летом.