משאבת חום סופחת את החום הנמצא בסביבה, תוך השקעה נמוכה של אנרגיה בהפעלת הרכיבים לחילוצו (מנוע המדחס, מפוח, בקרה וסחרור מים).
מכאן שעבור כל יחידת אנרגיה המושקעת במשאבת החום, משאבת החום סופחת כ-4 יחידות חום מהסביבה.
משאבת חום פועלת באותו עיקרון הפעולה של מקרר ביתי, מזגן, צ'ילר ועוד – ניצול תכונות של גזים בדחיסה ובהתפשטות ליצירת מקור חום או קור.
מדחס דוחס את גז במעגל סגור. העלאת הלחץ והקטנת המרחק בין המולקולות (הגברת ה"מפגשים" בין מולקולות הגז יוצרת חום) מעלה את טמפרטורת הגז.
הגז החם עובר החלפת חום מול המדיה המיועדת לחימום ובכך מסייעת בחימום תת רצפתי.
לאחר מסירת החום, הגז עובר תהליך התפשטות, המוריד בצורה דרסטית ומהירה את הטמפרטורה מתחת לאפס (בדומה למתרחש בעת ריקון מהיר של דאודורנט, ה"מקפיא" את המיכל).
הגז הקר ממשיך להחלפת חום שניה בתוך רדיאטור, מול אויר החוץ, וחוזר שוב אל המדחס לדחיסה.
תהליך זה הינו למעשה הסיבה ליעילותה הגבוהה של משאבת החום, שכן כל הפרש הטמפרטורה בין טמפרטורת הגז הקר (לעיתים 14-) ועד לטמפ' הסביבה הינו רווח נקי וחינמי מהסביבה.
