Tepelné čerpadlo je termodynamickým strojem, v němž cirkuluje pracovní médium. Pracovní médium přitom mění svůj stav v agregátu z kapalného na plynný. Proces probíhá postupně následujícími konstrukčními částmi, resp. v pracovních krocích:

Odparník: Do procesu je přiváděna energie z okolního prostředí. Kapalné pracovní médium vstupuje s nízkou teplotou do odparníku tepelného čerpadla. Zde odebírá z tepelného zdroje (např. venkovního vzduchu) teplo, teplota pracovního média stoupá a médium opouští odparník ohřáté v plynném stavu.

Kompresor: Do procesu se přivádí pracovní energie. Plynné pracovní médium je komprimováno, a přitom se zvyšuje tlak. Jako u vzduchového čerpadla se zvyšuje teplota pracovního média přídavně zvyšováním tlaku (horký plyn).

Kondenzátor: Proces předává teplo prostřednictvím horkého plynu na chladnější vodu pro vytápění. Přitom se pracovní médium opět zkapalňuje, ochlazuje se přibližně na teplotu vody pro vytápění.

Expanzní ventil: Tlak pracovního média se snižuje a pracovní médium se ochlazuje. Stejný efekt se pozoruje také u sprejových nádobek: při stříkání (expandování nebo snižování tlaku obsahu) se sprejové nádobky zřetelně ochlazují. Pracovní médium opouští expanzní ventil s teplotou, která je nižší, než teplota tepelného zdroje.