A hőszivattyú, olyan gép amely képes a környezeténél alacsonyabb hőmérsékletű közegből hőenergiát kivonni, és azt a környezeténél magasabb hőfokon felhasználásra szolgáltatni. Tekintsük a házunk, egy nagy tartálynak, amiből számtalan résen szivárog a víz, mint ahogy a házunkból távozik a meleg, illetve tekintsük a hőenergiát a benne lévő víznek, amivel a házunkat fűteni kívánjuk. A hagyományos fűtési rendszereknél a bevezetett energia teljes egészét ki kell fizessük a szolgáltatóknak (pl.: cirkós fűtésnél a gázt, villanykályhánál az elektromos áramot), példánkhoz visszatérve tehát ki kell fizessük az összes tartályba eresztett víz költségét.

Amennyiben hőszivattyús rendszert használunk fűtésre, úgy csak a kompresszor működésének költségeit kell kifizessük, visszatérve példánkhoz csak a tartályt töltő vízkerék működtetéséhez szükséges víz árát kell megfizetnünk, aminek költsége kb. a teljes vízmennyiség egyharmada.

A hőszivattyús berendezések működési elve egy körfolyamaton alapul, melynek szíve a kompresszor. A zárt rendszerben a hűtőközeg cirkulál, miközben halmazállapot változásokat elszenvedve ciklikusan elpárolog majd lekondenzálódik. Közismert jelenség, amikor a szódásspatronban lévő folyékony széndioxid a palackba csavarva elpárolog, ekkor a palack lederesedik. Ilyenkor a széndioxid hőt von el a környezetéből, mint a hőszivattyús berendezésben a hűtőközeg télen a szabadból. Ezután a hűtőközegből keletkezett gázt a kompresszor segítségével a gáz térfogatának töredékére tömörítjük, ami a hűtőközeg jelentős hőmérséklet-növekedésével jár együtt. Gondoljunk a biciklipumpa példájára, hogy néhány perc használat után milyen mértékben képes felmelegedni. Ezt a felmelegedett hűtőközeget használjuk házunk fűtésére. Miközben hőt vonunk el ettől a forró gáztól, az lekondenzálódik és ezzel további jelentős hőmennyiséget tudunk fűtésre felhasználni. A hőleadás végén magas nyomású folyékony halmazállapotú hűtőközeget kapunk, amivel újraindul a körfolyamat.

A hőszivattyús berendezések hajtását tekintve kétféle típust különböztetünk meg.
Léteznek elektromos energiával üzemelő és lényegesen alacsonyabb áru gázenergiával működő hőszivattyús rendszerek, lásd AISIN gázmotoros hőszivattyúk.