热泵热水系统包括热泵主机和换热储水箱两部分。热泵主机部分包括风冷式蒸发器、压缩机及膨胀阀;换热储水箱为内置冷凝盘管的储热水箱。冷媒(工质)在蒸发管内吸收环境空气中的热量，通过热泵循环由冷凝盘管在水箱内释放热量，加热水箱中的水。
要搞清楚热泵的工作原理，首先要懂得制冷系统的工作原理。制冷系统(压缩式制冷)一般由四部分组成：压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器。其工作过程为：低温低压的液态制冷剂(例如氟利昂)，首先在蒸发器里从低温热源(例如冷冻水)吸热并气化。然后压缩机抽取蒸发器里气化后的制冷剂气体并压缩到冷凝器内，此时制冷剂气体变成高温高压气体。该高温高压气体在冷凝器内被高温热源(例如冷却水)冷却凝结成液体，变成高温高压液体制冷剂。再经节流阀截流成低温低压液态制冷剂。如此就完成一个制冷循环。
对于一台分体式热泵空调来说，夏天制冷时就是把冷凝器放在室外，而把蒸发器放在室内。运行时就把室内的热量输送到了室外。而冬季则把蒸发器放在室外，把冷凝器放在室内，这样就把室外的热量输送到了室内。当然我们不会换季时去拆装设备了，而是通过体格转换阀使蒸发器和冷凝器换位的。
热泵空调里面有一个四通换向阀。在制冷工况下，室内热交换器就是蒸发器，室外热交换器(夏天往外呼呼出热风的那个东西)就是冷凝器。冬季供热的时候，四通换向阀切换，改变冷媒的流向，此时，室内热交换器就是冷凝器，室外热交换器(冬天往外呼呼出冷风的那个东西)就是蒸发器。由于冬季往外出冷风，换热器要结霜，所以等结霜到一定程度时，四通换向阀再切换，空调变成夏季制冷工况，室外热交换器得到热量，化霜，化霜完毕后，四通阀再切换到制热状态。除霜时，为了防止向室内吹冷风，故室内机的风机停止运转。
热泵是以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统，它被形象的称为 热量倍增器 。目前在市场上广泛出现的家用冷暖空调器上，就已经广泛地应用了热泵制热，其制热系数已高达3以上。那么，利用热泵的原理来制取热水，消耗一度电所获得的热水，比普通电热水器消耗三度电所获得的热水还要多，这是传统热水器所不能企及的。
