熱泵壓縮機把低溫低壓氣態冷媒轉換成高壓高溫氣態，壓縮機壓縮功能轉化的熱量為Q1，高溫高壓的氣態冷媒與水進行熱交換，高壓的冷媒在常溫下被冷卻、冷凝為液態。這過程中，冷媒放出熱量用來加熱水，使水升溫變成熱水。水吸收的熱為Q3，高壓液態冷媒通過膨脹閥減壓，壓力下降，回到比外界低的溫度，具有吸熱蒸發的能力。低溫低壓的液態冷媒經過蒸發器（空氣熱交換器）吸收空氣中的熱量自身蒸發，由液態變為氣態，冷媒從空氣中吸收的熱為Q2。吸收了熱量的冷媒變成低溫低壓氣體，再由壓縮機吸入進行壓縮，如此往復循環，不斷地從空氣中吸熱，而在水側換熱器放熱，制取熱水。這個循環過程由空氣能熱泵（主機）機組來完成?？諝饽軣岜米鳛楦咝Ъ療岵⑥D移熱量的系統裝置，可以把壓縮機所消耗的電力變為五倍范圍內的熱能（即Q1+Q2=Q3的道理）。

空氣能熱水器工作過程：進入蒸發器吸收熱量前狀態:低溫低壓的液體→通過蒸發器吸收空氣中的熱量（氣化）→制冷劑變成低溫低壓的氣體→通過壓縮機做功壓縮→變成高溫高壓氣體→經過換熱器跟水交換熱量→變成低溫高壓的液體→經過節流裝置節流→變成變成低溫低壓的液體→進入蒸發器重復循環該過程

超低溫型熱水機組工作原理

熱量從空氣中獲取，所以空氣能熱水器耗電也很少。目前市面上比較優秀的空氣能產品，比如紐恩泰的“暢享·變頻速熱空氣能”、米特拉的“名御”制熱能效比都能達到4.0甚至4.0以上，比電熱水器節能80%以上。最重要的是，空氣能熱水器制熱，不依賴于天氣，不論刮風還是下雨，白天還是夜晚，都可以使用，所以它可以與太陽能熱水器形成互補，兩者結合利用，為住宅提供熱水。