Le principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur est identique à celui d'un réfrigérateur.

Alors qu'un réfrigérateur évacue ses calories pour rafraîchir son atmosphère intérieure, la pompe à chaleur va chercher les calories de l’air extérieur pour les injecter à l’intérieur de la maison. Car l’air, même froid, contient des calories.

La pompe à chaleur récupère (si chauffage) ou évacue (si climatisation) l’énergie délivrée par le changement d'état (liquide / gaz) du fluide utilisé ; la source éloignée de l'habitat évacue ou récupère les calories du changement d'état inverse (gaz / liquide).

Le "moteur compresseur" assure la circulation du fluide dans les "détenteurs échangeurs" qui entretiennent les changements d'état dans la mesure où les calories sont récupérées ou évacuées (échange unité habitat / unité externe).

Dans le cas contraire, les changements d'état ne pourraient pas se produire et le rendement de la  pompe à chaleur ne serait que de 1, soit le rendement calorique du compresseur seul (ce qui arrive par exemple s'il fait trop froid ou trop chaud).

L'efficacité d'une pompe à chaleur décroît avec l'écart de température.

On ne peut pas parler de la pompe à chaleur sans parler du COP (coefficient de performance).

Voici une image représentant un multi split, un compresseur plusieurs unités intérieures qui peuvent être de modèles différents.

On remarquera que la puissance restituée en watt est bien supérieure a la puissance prise sur le réseau EDF.

Ce rapport s’appelle le coefficient de performance (COP), très important en terme de consommation et donc d'économie.

2000 Watts consommés x 4.7 (cop) = 9400 W restitués en puissance de chauffage

Ici il s'agit d'un coefficient assez élevé pris dans les meilleures conditions car il faut savoir que le COP dépend du type de pompe à chaleur air/air, air/eau, des conditions de températures du milieu ou l'on récupère l'energie(air ou eau) et des conditions intérieures.

Par exemple sur une PAC air/air quand la température extérieur descend à -10 voir -15, la puissance restituée perd de 25 à 35 % de sa valeur.

Ainsi on aura un COP de 3 à 3,5 suivant les marques dans des conditions normales d'hiver pour une PAC air/air et jusqu'à 6 pour une PAC air/eau.

Attention, le COP global de la PAC tient compte des auxiliaires, ventilateurs, pompes et intègre les consommations d’énergie pour le dégivrage.