Tepelné čerpadlá sú zariadenia, ktoré umožňujú odoberať teplo z okolitého prostredia, prevádzať ho na vyššiu tepelnú hladinu a cielene ho predávať zariadeniam - vykurovacím telesám, výmenníkom a pod. za účelom vykurovania, ohrevu teplej úžitkovej vody (TÚV) či na ohrev vody v bazénoch.

V zemi, vo vode či vo vzduchu je obsiahnuté nesmierne množstvo tepla avšak jeho nízka teplotná hladina neumožňuje jeho priame využívanie za účelom vykurovania. Pokiaľ sa má využiť teplo z látok s nízkou teplotou (nízkopotencionálne teplo), musí sa previesť na teplotu vyššiu. Podobne ako vodné čerpadlo prečerpáva vodu z nižšej hladiny do hladiny vyššej tak tepelné čerpadlo prečerpáva teplo z nižšej teploty na vyššiu.

Tepelné čerpadlo predstavuje uzatvorený okruh (ako u chladničiek), ktorým sa na jednej strane teplo odoberá a na druhej strane predáva inému zariadeniu. Chladnička odoberá výparníkom teplo z vnútorného priestoru (z potravín ktoré do nej vložíme) a predáva ho cez systém do kondenzátora (na zadnej strane chladničky).

Z neho ďalej teplo voľne uniká do priestoru. Požadovaným efektom je zníženie teploty v chladiacom priestore chladničky a odobratie tepla z potravín. Ohrev vzduchu je len nevyhnutným dôsledkom takejto prevádzky. Tepelné čerpadlo ochladzuje namiesto potravín vzduch, vodu, zem a pod. Teplo odoberané z týchto nevyčerpateľných zdrojov sa pomocou tepelného čerpadla odovzdáva do vykurovacieho systému na prípravu TÚV alebo ÚK. Požadovaným efektom je práve zvýšenie teploty. Tepelné čerpadlo využíva fyzikálne javy spojené so zmenou skupenstva pracovnej látky. Vo výparníku chladivo pri nízkom tlaku a teplote odoberá teplo nízkopotencionálnemu zdroju, pričom dochádza ku varu chladiva. Pary chladiva sú nasávané a stlačené (najčastejšie kompresorom) pričom sa zahrievajú, kondenzujú a v kondenzátore odovzdávajú teplo ohrievanej látke. Týmto sa chladivo opäť ochladzuje a skvapalňuje. Celý obeh je uzatvorený odvodom chladiva do výparníka cez expanzný ventil, ktorý znižuje tlak kvapalného chladiva.