Die Luft-Wasser-Wärmepumpe funktioniert nach einem denkbar einfachen Prinzip. Mit einem Ventilator wird Umgebungsluft angesaugt, darin gespeicherte Wärme wird entzogen und durch einen Verdampfer für den Heizkreislauf aufbereitet. Hierbei wird die gespeicherte Wärmeenergie der Luft an einen Kältemittelkreislauf, der mit einem Kältemittel, welches einen sehr niedrigen Siedepunkt hat, befüllt ist, abgegeben.
Selbst geringe Wärme der angesaugten Luft reicht aus, damit das Kältemittel seinen Aggregatzustand in gasförmig ändert.
Das gasförmige Kältemittel wird schließlich an einen Verdichter geleitet, um mit Druck komprimiert zu werden. Hierbei wird weitere Wärme erzeugt, welche schließlich im Wärmetauscher das Brauch- und Heizungswasser auf die gewünschte Temperatur erhitzt. Bei Abgabe der Wärme an den Brauch- und Heizwasserkreislauf, kühlt sich das noch unter Hochdruck stehende Kältemittel wieder ab. Anschließend wird es durch ein Entlastungsventil vom Druck befreit. An dieser Stelle beginnt der Kreislauf wieder von vorne, das Kältemittel wird wieder in seinem ursprünglichen Zustand in den Verdampfer geleitet.
Für die Technik der Luft-Wasser-Wärmepumpe reicht ausschließlich Luft nicht aus, als Primärenergie wird Strom benötigt, um die Wärmepumpe zu betreiben. Die benötigte Primärenergie ist in der Regel jedoch gering. An Tagen mit sehr niedrigen Außentemperaturen muss die angesaugte Luft zusätzlich Nachgeheizt werden, was in der Schlussfolgerung zu einem höheren Strombedarf führt. Dieser erhöhte Bedarf an Energie kann z.B. mit einer Photovoltaikanlage ausgeglichen werden.