Darbības laikā siltumsūknis uzsūc siltumu no recirkulācijas gaisa vai nosūces gaisa un nodod to iztvaicētājam. Tajā ir aukstuma aģents, kas uzsilst zemā temperatūrā, pirms pārvēršas tvaikos. Tā kā iztvaikojušā aukstumaģenta temperatūra vēl nav pietiekami augsta, lai uzsildītu ūdeni, seko kompresijas process. Šajā procesā tvaiks tiek novadīts uz kompresoru, ko darbina strāva, kas to saspiež, līdz tiek sasniegta vajadzīgā temperatūra.
Pēdējā posmā uzsildītais aukstumnesēja tvaiks nodod savu siltumenerģiju iebūvētajam karstā ūdens cilindram, atdziest un kondensējas. Pēc tam aukstumaģenta šķidrumu ar izplešanās vārsta palīdzību tiek pazemināts spiediens un temperatūra. Kad aukstumnesējs ir atgriezies sākotnējā stāvoklī, kompresijas process var sākties no jauna.