Das Funktionsschema einer Wärmepumpe zeigt als wesentliche Baugruppen den Verdampfer, den Verdichter, den Verflüssiger und das Entspannungsventil. Diese sind mittels Rohrleitungen verbunden, in denen sich ein bei niedrigen Temperaturen siedendes Kältemittel befindet. 

Links von der Mitte befindet sich der Bereich mit niedriger Temperatur To und niedrigem Druck p_o des Kältemittels. Rechts der Bereich mit hoher Temperatur T und hohem Druck p. Bei einem Umlauf des Kältemittels entnimmt das in den Verdampfer eintretende kalte und flüssige Kältemittel dem Träger der Umweltwärme Energie Q_zu und wird damit verdampft. Das entstandene Gas wird mit dem Verdichter auf einen höheren Druck und damit auch auf eine höhere Temperatur gebracht. Das erhitzte Gas durchläuft den Verflüssiger, der als Wärmetauscher ausgelegt ist, und gibt Wärmeenergie Q_ab im erhöhten Temperaturbereich an einen Heizkreis ab. Die Temperatur des Kältemittels verringert sich. Beim Durchlaufen des Entspannungsventils sinkt der Druck und das Kältemittel kühlt sich weiter ab, so dass es im Verdampfer erneut Umweltwärme aufnehmen kann.