空氣能熱泵由一臺室外機和保溫水箱組合而成，室外機稱之為空氣能熱泵機組，空氣能熱泵機組一般由壓縮機、膨脹閥、蒸發器、冷凝器等主要部件組成。簡單而言，它的工作原理就是由壓縮機系統內的低溫冷媒不斷吸收室外空氣中的低品位熱量帶回壓縮機提升為可用的高品位熱量加熱冷水。空氣能熱泵制熱原理與空調制熱原理一樣，只是產品配置上有所區別。

    通過機組中壓縮機把低溫低壓氣態冷媒轉換成高壓高溫氣態，壓縮機壓縮功能轉化的熱量為Q1，高溫高壓的氣態冷媒與水進行熱交換，高壓的冷媒在常溫下被冷卻、冷凝為液態。這過程中，冷媒放出熱量用來加熱水，使水升溫變成熱水。水吸收的熱為Q3，高壓液態冷媒通過膨脹閥減壓，壓力下降，回到比外界低的溫度，具有吸熱蒸發的能力。低溫低壓的液態冷媒經過蒸發器（空氣熱交換器）吸收空氣中的熱量自身蒸發，由液態變為氣態，冷媒從空氣中吸收的熱為Q2。吸收了熱量的冷媒變成低溫低壓氣體，再由壓縮機吸入進行壓縮，如此往復循環，不斷地從空氣中吸熱，而在水側換熱器放熱，制取熱水。這個循環過程由空氣能熱泵（主機）機組來完成。空氣能熱泵作為高效集熱并轉移熱量的系統裝置，可以把壓縮機所消耗的電力變為3-5倍范圍內的熱能（即Q1+Q2=Q3的道理）。