熱泵空調的工作原理主要基於熱力學，通過自然界的熱力學原理，利用壓縮機和製冷劑將熱量從一個區域轉移到另一個區域。
熱泵空調在夏季和冬季的工作模式不同，在夏季，熱泵空調通過壓縮機工作，將室內的熱量轉移到室外，從而實現降溫效果，在秋季或冬季，熱泵空調的工作模式反向操作，從室外吸收熱量並釋放到室內，以達到加熱的效果。熱泵系統可以通過利用地下水源、地表水或岩土體中的低溫熱能，在冬季提供熱量給建築物，在夏季從建築物中吸收熱量並釋放到自然環境中。
熱泵空調的主要組成部分包括壓縮機、熱交換器和控制器，工作時，製冷劑在壓縮機中壓縮後溫度升高，然後通過熱交換器與水或其他介質進行熱量交換，這樣水或其他介質的溫度升高，從而達到加熱的效果；在製冷模式下，這個過程反向進行，使室內溫度降低。