Le fonctionnement d'une pompe à chaleur air-eau peut être comparé à celui d'un réfrigérateur. Le principe est le même, mais inversé. Un réfrigérateur extrait la chaleur de l'intérieur pour refroidir les produits. Cette chaleur est ensuite rejetée à l'arrière du réfrigérateur. Une pompe à chaleur air-eau, en revanche, capte la chaleur de l'air extérieur ou de l'air de ventilation, et l'utilise pour chauffer l'eau destinée aux robinets et au chauffage.
Pour cela, une pompe à chaleur air-eau utilise un échangeur de chaleur et un fluide frigorigène. Le fluide frigorigène s'évapore à basse pression et à basse température, absorbant ainsi la chaleur dans l'échangeur de chaleur. Un compresseur augmente la pression de la vapeur, ce qui en élève la température. La chaleur est ensuite libérée et la vapeur du fluide frigorigène se transforme à nouveau en liquide. Une pompe à chaleur air-eau fonctionne selon des principes physiques : l'évaporation et la condensation. La chaleur de l'air fait bouillir le fluide frigorigène, qui s'évapore ensuite. Un compresseur élève la température de la vapeur. La condensation de cette vapeur libère de la chaleur à l'eau. Cette eau chauffée sert à chauffer votre maison ou l'eau sanitaire.
Une pompe à chaleur nécessite uniquement de l'électricité pour fonctionner. Il existe des systèmes avec une unité intérieure et extérieure (bi-bloc), mais il y a également des pompes à chaleur air-eau tout en 1 (monobloc).