低壓氣態冷媒進入壓縮機，經過壓縮成為高溫高壓氣體，這時冷媒沸點隨壓力的升高而升高。高沸點的冷媒進入冷凝器開始液化，這時冷媒放出熱量，變成液體。接下來在進入蒸發器前先經過膨脹閥（節流閥），膨脹閥（節流閥）又使冷媒壓力降低，壓力降低的冷媒在蒸發器中又開始蒸發，這時冷媒吸收熱量，又變為低壓的氣體。再次進入壓縮機，整個冷媒循環系統就這樣形成。 

簡而言之，空氣能熱水器工作原理就是由壓縮機系統內的低溫冷媒不斷吸收室外空氣中的低品位熱能，帶回壓縮機提升為可用的高品位熱能加熱冷水。空氣能熱水器與空調的制熱原理是一樣，只是產品配置上有所區別，空氣能熱水器主要用于制熱燒水，加大了蒸發器和冷凝器的換熱面積，采用耐高溫耐高壓的壓縮機系統。

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能為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，冷媒放出熱能用來加熱水，使水升溫變成熱水。水吸收的熱能為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）吸收空氣中的熱能自身蒸發，由液態變為氣態，冷媒從空氣中吸收的熱能為Q2。吸收了熱能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。空氣能熱泵作為高效集熱并轉移熱量的系統裝置，可以把壓縮機所消耗的電力變為比電熱多4~6倍的熱能（即Q1+Q2=Q3的道理）。