水从高处流向低处，热由高温物体传递到低温物体，这是自然规律。然而，在现实生活中，为了农业灌溉、生活用水等的需要，人们利用水泵将水从低处送到高处。同样，在能源日益紧张的今天，为了回收通常排到大气中的低温热气、排到河川中的低温热水等的热量，热泵被用来将低温物体中的热能传送高温物体中，然后由高温物体来加热水或采暖，使热量得到充分利用。
热泵的工作原理和家用空调、电冰箱等的工作原理基本相同，通过流动媒体在蒸发器，压缩机、冷凝器和膨胀阀等物品中的气液相变化的循环来将低温物体的热量传递到高温物体中去。
具体工作过程如下：①过热液体媒体在蒸发器内吸收低温物体的热量，蒸发成气体媒体。②蒸发器出来的气体媒体通过压缩机的压缩，变为高温高压的气体媒体。③高温高压的气体媒体在冷凝器中将热能释放给高温物体、同时自身变为高压液体媒体。④高压液体媒体在膨胀阀中减压，再变为过热液体媒体，进入蒸发器，循环最初的过程。
热泵的性能一般用成绩系数来评价。成绩系数的定义为由低温物体传送到高温物体的热量与所需的动力之比。通常热泵的成绩系数为3～4左右，也就是说，热泵能够将自身所需能量的3～4倍的热能从低温物体送到高温物体。现在欧美日都在竞相开发新型的热泵。据报导新型的热泵的成绩系数可达6～8。如果这一数值能够得到普及的话，这意味着能源将得到更有效的利用。热泵的经济效益，普及率也将得到惊人的提高。目前热泵的最高出气温度为110摄氏度左右。超过这个温度将有可能出现使媒体分解的危险。
由于氟利昂对地球大气臭氧层有破坏作用，为了保护地球的生态环境，除了提高热泵的成绩系数、有效利用能源以外，各国科学家还致力于新型冷冻媒体的开发。目前已有数种替代氟利昂的媒体得到应用。