Рассмотрим работу теплового насоса на примере работы бытового холодильника, с которым встречаемся ежедневно.
     Что происходит, когда мы помещаем продукты в холодильник? Тепло от продуктов отбирается, и посредством работы холодильной машины, переносится на его заднюю стенку, которая излучает тепло в помещение. Во внутренней части холодильника находится холодный испаритель, на задней стенке – тёплый конденсатор. Холодильная машина состоит из испарителя, компрессора, конденсатора и дросселирующего клапана. Рабочим телом холодильной машины является фреон (вещество с низкой температурой кипения), который, циркулируя в контуре холодильной машины, передает тепловую энергию от холодного тела более теплому. Здесь нет противоречия второму закону термодинамики, который в формулировке Клаузиуса звучит следующим образом: "Тепло не может самопроизвольно переходить от более холодного к более тёплому телу", потому как в холодильной машине, равно как и в тепловом насосе, этот процесс происходит не самопроизвольно, а с подводом работы компрессора.
     Тепловой насос представляет собой термотрансформатор, подобный домашнему холодильнику, только в разделенном состоянии. Испаритель (или чаще промежуточный теплообменник)  помещается в среду низкопотенциального тепла, которой может служить грунт, вода, воздух, бытовые и промышленные канализационные стоки, а также иные источники бросового тепла. За счёт того, что фреон кипит при очень низкой температуре, тепла нашего низкопотенциального источника хватает для его испарения. Далее, компрессор сжимает парообразный фреон, поднимая его на более высокотемпературный уровень и в конденсаторе мы получаем рабочее тело с температурой 50-60 оС, а иногда и больше 60 оС, температурный потенциал которого можно использовать в качестве источника теплоснабжения для отопления, вентиляции, подогрева воды для систем горячего водоснабжения или предварительного нагрева воды для технологического процесса и т.д. 
     При работе теплового насоса получаемая нами тепловая энергия в среднем состоит из следующих компонентов: ¾ отбирается от источника низкопотенциального тепла, одного из перечисленных выше и добавляется ¼ электроэнергии, использующейся для работы компрессора.
     Чем особенна данная технология? При подводе 1 кВт электрической энергии на совершение работы компрессора, можем снять с конденсатора 4~5 кВт тепловой энергии. Здесь важно отметить тот факт, что это не КПД, а коэффициент трансформации, который характеризует эффективность работы машины-термотрансформатора. Тепловой насос не производит эту "избыточную" энергию, а перекачивает её от источника к потребителю.
    
     Схематично тепловой насос можно представить в виде системы из трех замкнутых контуров:
1) Первый контур представляет собой коллектор, уложенный в землю, воду или другой источник низкопотенциального тепла.
2) Второй контур – расположен в самом тепловом насосе и состоит из испарителя, компрессора, конденсатора и регулирующего вентиля.
3) Третий контур – это непосредственно система отопления здания.