Az úgynevezett Carnot-körfolyamat adja a hőszivattyúk működési elvét. A folyamat négy szabályosan ismétlődő és megfordítható állapotváltozásból áll.
Másképpen megfogalmazva: valamilyen hőforrás ( föld, víz vagy levegő) energiáját a hőszivattyúhoz el kell juttatni és egy speciális gáz segítségével a hő leadását és felvételét kell biztosítani. A hőszivattyúban a gáz nyomás alatt van, és annak hőmérsékletét megemeli. A hőszivattyú a hőjét átadja a fűtési rendszernek. A folyamatok fenntartásához elektromos energiát kell a rendszerbe táplálni. A rendszer hatékonyságát az ún. jósági számmal (COP=Coefficient of performance) jellemezhetjük, ami azt mutatja, hogy a hőszivattyú által leadott hasznos hőteljesítmény hányszorosa a működtetéshez felhasznált elektromos energiának.
A hőszivattyúk által előállított hőenergiával állandó fűtést, hűtést és melegvizet biztosíthatunk otthonunkba. Leghatékonyabban ez a hőenergia a padló-, fal és légfűtéses rendszereknél alkalmazható.