Eine Wärmepumpe kann auf unterschiedlichen Trägermedien basieren. Neben Wärmepumpen auf Wasser-Luft-Basis werden auch Wasser-Wasser-Systeme eingesetzt. Bei beiden Systemen handelt es sich beim Trägermedium Wasser um ein Kältemittel.

Eine Wärmepumpe funktioniert nach dem Carnot-Prozess. Im Inneren der Wärmepumpe zirkuliert das Kältemittel. Von außen wird das Umweltmedium entweder über einen Direktverdampfer oder ein Sole-Split-System zur Wärmepumpe geleitet. Durch die Wärme des Umweltmediums verdampft das Kältemittel über einen bestimmten Zeitraum.

Der so entstehende Kühlmitteldampf wird zu einem Kompressor geleitet und dort verdichtet. Für die Verdichtung muss dem Kompressor konventionelle Energie zugeführt werden, um ein Verhältnis von 4 : 1 von Umweltenergie zu Strom oder Gas zu erreichen.

Im Zuge der Verdichtung entsteht Wärme – das gasförmige Kältemittel wird erhitzt. Anschließend wird das heiße Kältemittelgas zu einem Verflüssiger geleitet. Ein Verflüssiger basiert auf der Funktionsweise eines Wärmetauschers. Im Verflüssiger kondensiert das Kältemittelgas. Dabei wird die enthaltene Wärme an ein drittes Medium, wie z. B. Frischluft oder Brauchwasser abgegeben.

In einem letzten Schritt wird das verflüssigte Kältemittel zu einer Drossel geleitet, die den Druck auf das Kältemittel verringert. Anschließend beginnt der Kreislauf der Wärmepumpe von vorn.

Wärmepumpen werden darüber hinaus auch bei geringen Ablufttemperaturen eingesetzt. Das System kann zur aktiven Kühlung, zum Beispiel der Halle im Sommer, genutzt werden.