Das Funktionsprinzip der Wärmepumpe basiert auf dem thermodynamischen Effekt, dass sich Flüssigkeiten und Gase beim Verdichten erwärmen und beim Expandieren abkühlen. Dieses Phänomen wird bei der Wärmepumpe ausgenutzt, indem ein Wärmemittel durch eine Pumpe ausgedehnt wird und sich dadurch unter die Temperatur der Wärmequelle abkühlt. Nun kann das Wärmemittel Energie von der Wärmequelle aufnehmen und sich erwärmen. Anschließend gelangt das Wärmemittel zum Heizungssystem, wo es mittels Kompression über das Temperaturniveau des Heizkreislaufes angehoben wird und dadurch die Wärme wieder abgeben kann.
Als Wärmequelle dient entweder das Erdreich, das Grundwasser oder die Luft. Am weitesten verbreitet sind Erdwärmepumpen, da sie ein gutes Preis-Leistungsverhältnis aufweisen und an sehr vielen Standorten realisierbar sind. Verantwortlich für die Übertragung der Wärme aus dem Erdreich ist entweder eine Erdwärmesonde oder ein Erdwärmkollektor. Bei der Erdwärmesonde erfolgt die Wärmeübertragung in einer Tiefe von bis zu 150 Metern (bei Einfamilienhäusern in der Regel in ca 100 Metern). Demgegenüber wird der Erdwärmekollektor nur in einer Tiefe von ca 1,5 Metern verlegt. Der Vorteil einer Erdwärmesonde liegt in der relativ konstanten Temperatur von ca 10 °C unabhängig von der der Jahreszeit. Demgegenüber ist der Erdwärmekollektor insebesondere bei Neubauten sehr viel einfacher zu verlegen, da keine Tiefenbohrung erforderlich ist. Dies ist insbesondere bei geologisch ungünstigen Verhältnissen von Vorteil.
Die Effizienz einer Wärmepumpe hängt ganz entscheidend von der Differenz der Temperatur der Wärmequelle und der benötigten Heizwärme. Wärmepumpen lassen sich deshalb besonders gut mit Niedertemperatur Heizsystemen wie Fußbodenheizung oder Fußleistenheizung kombinieren.
Eine Wärmepumpe benötigt sehr viel Strom. Um 100 % Heizenergie zu erzeugen wird 25 % dieser Energie als Strom aufgewendet. Für die Betrachtung der Umwelteigenschaften einer Wärmepumpe sollte also auch die Art und Weise des verbrauchten Stroms berücksichtigt werden. Ein durchweg positives Ergebnis kann man einer Wärmepumpe hier demnach nur ausstellen, wenn der eingesetzte Strom aus regenerativen Energien wie Wasser oder Sonne stammt.
