Toplotna črpalka deluje na enostavnem principu delovanja. Princip delovanja toplotne črpalke temelji na nekaj enostavnih fizikalnih zakonitostih plina, njegovega tlaka, temperature ter prenosa temperature. Vse te zakonitosti toplotna črpalka poveže in izkoristi za delovanje. Plin in njegov tlak sta lahko v različnih razmerjih. Povečanje tlaka plina se med drugim odraža na povečani temperaturi plina.
Obratno se z zmanjšanjem tlaka plina zniža njegova temperatura. Toplota pa vedno poteka od toplega proti hladnemu. Toplotna črpalka mora v tem primeru mora poskrbeti, da se temperatura spusti pod temperaturo izvora vira energije, na drugi strani pa jo mora dvigniti nad raven, ki je optimalna za ogrevanje prostorov in sanitarne vode.
Toplotni črpalki osnovo za delovanje zagotavlja vir energije ter predstavlja enega od treh tokokrogov. Vir energije je odvisen od izvedbe. Prvi je zunanji zrak iz okolice, drugi vir energije se pridobiva iz vrtine vsaj sto metrov pod površjem, tretji vir dobavlja horizontalna zanka, četrti pa je podtalnica.
Pri nekaterih izvedbah toplotnih črpalk ta ni potreben, saj se pridobiva neposredno. To je sistem, ki črpa energijo neposredno iz zraka v okolici. Druga tokokroga sta hladni tokokrog v napravi ter ogrevalni istem.
Ogrevalni sistem predstavlja napeljava ogrevanja v objektu, preko nje se oskrbujejo radiatorji, talno gretje ali grelnik sanitarne vode. Energija toplotnega vira se v napravi prenese do hladiva. Ta v napravi kroži v zaprtem tokokrogu, tekoče hladivo se prek segrevanja spremeni v plinasto stanje. kompresor mu preko zvišanja tlaka dvigne temperaturo, tudi preko sto stopinj Celzija. Temperatura se sprosti v ogrevalni sistem. Z ohlajanjem se hladivo spremeni v tekoče stanje, temperatura pa se pri tem spusti pod nivo temperature toplotnega vira. S tem pride do prenosa toplote od toplejšega vira na hladivo.
Različne izvedbe toplotnih črpalk imajo vpliv na investicijo, obseg potrebnih del in številne druge dejavnike. Izbiro v nekaterih primerih pogojujejo tudi vremenske razmere v okolici. V tem primeru ni vseeno kakšen princip delovanja bomo izbrali. Kdor ni vešč izbiranja, naj se obrne na strokovnjake ali si poišče drugo obliko pomoči. Strokovnjaki so zagotovo najboljši vir pomoči, vendar je dobro, da se vseeno tudi sami poučimo vsaj v osnovnih lastnostih.
O toplotni črpalki nam veliko povedo razni viri informacij, nekaj pa tudi okolica našega bivanja.