La fonction pompe à chaleur permet de puiser les calories (chaleur) contenues dans l'air extérieure pour la transférer à l'intérieur de votre logement, votre commerce ou vos bureaux. La technologie de l'appareil permet d'inverser ce cycle pour rafraîchir l'intérieur. Les calories de l'air intérieur sont évacuées à l'extérieur. (comme le fonctionnement d'un réfrigérateur). 

La première constatation est que le chaud se dirige toujours vers le froid. Pour emmener les calories d'un endroit à un autre rapidement, nous utilisons des fluides frigorigènes capable de passer de l'état de vapeur à l'état liquide et inversement. Pour faciliter ces échanges nous avons besoin d'un appareil composé de 4 éléments principaux.

Exemple du fonctionnement de la climatisation réversible en mode hiver :

• Le compresseur (moteur), alimenté électriquement, aspire le fluide à l'état de gaz froid de l'évaporateur et le comprime (on parle de pression). Ce qui, par agitation des molécules, le fait devenir un gaz chaud (on parle  de température aux environs de 60°) et l'envoie au condenseur.
• Le condenseur transforme le fluide à l'état de gaz chaud en liquide chaud, puisque la température de l'air ambiant intérieur (exemple 19°) est moins élevée que le gaz dans le circuit à cette étape (environ 45°). C'est  le phénomène de condensation. Le chaud allant vers le froid, le fluide libère les calories dans l'espace à chauffer. Ce qui permet au fluide liquide de commencer à refroidir, tout en se dirigeant vers le détendeur.
• Le détendeur va par son changement de débit instantané (c'est de la physique : on parle de détente) refroidir rapidement (température proche de 0° environ) le fluide, toujours à l'état de liquide pour continuer son chemin à l'évaporateur.
• L'évaporateur transforme le fluide à l'état de liquide froid en gaz froid (température proche de 5° environ). Comme la température de l'air ambiant extérieur (exemple 12°) est plus élevée que le gaz dans le circuit à cette étape, il se passe un phénomène d'évaporation. Et comme le chaud se dirige toujours vers le froid, le fluide à l'état de gaz capture les calories dans l'air extérieur. Pour terminer, le fluide toujours à l'état de gaz, chargé en calories, est aspiré par le compresseur. La boucle est bouclée et le cycle peut continuer.

Dans l'exemple ci-dessus, le climatiseur réversible peut-être aussi appelé pompe à chaleur air/air, puisque la source d'énergie est l'air et que les calories pour chauffer sont envoyées dans l'air.

Si la source d'énergie est l'air et que les calories pour chauffer sont envoyées dans l'eau, on parle de pompe à chaleur air/eau. C'est le cas du ballon d'eau thermodynamique par exemple.

D'autres énergies renouvelables, comme l'eau (souvent dans le sol), le sol sont également utilisées. On parle alors de géothermie alors que pour l'air on parle d'aérothermie.