將低溫熱源的熱量轉移到溫度高於環境溫度的物體，從而獲得熱量的機器和設備。在空氣調節設備中熱泵的工作過程與製冷機相仿，但它是向高於環境溫度的物體供給熱量，例如向建築物供暖、供應生活或某些生產過程用的熱水等。熱泵的低溫熱源最常用的是環境介質（空氣或地面水）的熱量，也可用地熱或生產過程中排出的廢汽、廢水和廢油等的熱量。
圖為壓縮式熱泵的工作原理。它的組成和工作過程與
壓縮式制冷機相同，也是用一般的
制冷劑（氨或氟利昂）作為
工質。工業廢水在泵的作用下流經蒸發器的傳熱管，加熱管外的工質並使之蒸發，產生的蒸氣經
壓縮機壓縮後進入冷凝器即
凝汽器中冷凝成液體，液體再經節流閥節流降壓後進入蒸發器中繼續蒸發，從而完成熱泵的工作循環。在冷凝器中工質是在較高的溫度下冷凝的，將熱量傳給載熱質（冷卻水），載熱質遂將熱量源源不斷地供給需要供熱的用戶。
衡量熱泵工作有效性的一個重要技術指標是熱量變換系數
＝
Q
1/
N，式中
Q
1為熱泵向高溫物體供熱的速率（千焦／秒）；
N為壓縮機消耗的功率（千瓦）。因在數值上
Q
1總是大於
N(因
Q
1中尚包括從低溫熱源吸收的熱量)，
的數值也總是大於1。
的值是隨熱泵的工作溫度而變的，蒸發溫度越低、冷凝溫度越高則
的值越小。例如，當冷凝溫度為50℃，蒸發溫度為0～10℃時，
φ值約為3.5～4.5；但當冷凝溫度提高到80℃，蒸發溫度降低到-20～0℃時，
＝1.4～1.9。因此，在供熱溫度較高而低溫熱源溫度較低的情況下，用熱泵供熱便不很經濟。在電力供應不足和電費價格較高的情況下，壓縮式熱泵不宜大量使用。
仿照吸收式制冷機的工作過程可組成吸收式熱泵，它隻消耗熱能就可達到熱量轉移的目的。同樣，根據半導體制冷器的原理也可制成半導體供熱器。
應用壓縮式制冷機和壓縮式熱泵的工作原理，可以組成熱泵型空調機組（見空氣調節設備）。夏季按制冷循環工作，可用來使房間降溫；冬季按熱泵循環工作，可用來向房間供熱。