První fáze - Vypařování:
Chladivo kolující v tepelném čerpadle odebírá teplo ze vzduchu, vody nebo země, čímž změní skupenství z kapalného na plynné a následně se odpařuje.
Druhá fáze - Komprese:
Kompresor tepelného čerpadla prudce stlačí plynné chladivo ohřáté o několik stupňů, a díky fyzikálnímu principu komprese (při vyšším tlaku stoupá teplota), jako teplotní výtah znásobí malý přírůstek tepla na vyšší teplotní hladinu, která se pohybuje kolem 80°C.
Třetí fáze - Kondenzace:
Zahřáté chladivo předá pomocí druhého výměníku teplo vodě v radiátorech, následně se ochladí a zkondenzuje. Radiátory získané teplo vyzáří do místnosti a ochlazená voda v topném okruhu putuje nazpět k druhému výměníku pro opětovné ohřátí.
Čtvrtá fáze - Expanze:
Chladivo putuje průchodem přes expanzní ventil nazpátek k prvnímu výměníku, kde se opět ohřeje.
Tento koloběh se neustále opakuje.