空氣源熱泵和空調的制冷系統原理相同，都是采用“逆卡諾循環”原理，以壓縮機為動力，制冷劑為載體，依次經過等溫蒸發、絕熱壓縮、等溫冷凝、絕熱膨脹，四個不斷循環過程，將熱量在空氣和水之間轉移。 具體循環過程是：低溫低壓的液態制冷劑，進入蒸發器中，從空氣中吸熱做等溫吸熱蒸發，氣態的制冷劑進入壓縮機，被絕熱壓縮成高溫高壓的氣體排入冷凝器，熱量釋放給進入冷凝器中的冷水，冷水被加熱輸送到用戶端進行采暖或洗浴，同時制冷劑變成高溫高壓的液態進入節流裝置，絕熱膨脹成低溫低壓的液態進入蒸發器，周而復始。

超低溫空氣源熱泵與一般空氣源熱泵相比，超低溫空氣源熱泵多了一條聯通壓縮機的噴射增焓支路，一般空氣源熱泵在-10℃以及更低溫的環境下，會由于蒸發溫度低導致蒸發量下降，因此使壓縮機回氣量比較少，冷凝放熱的效果會大大降低，可是使用超低溫空氣源熱泵后，由于增加過聯通壓縮機的噴射增焓支路，它能在壓縮機回氣不足的情況下直接給壓縮機進行補氣，使冷凝器的放熱量得到提升，所以超低溫空氣源熱泵在-25℃的環境下也能正常工作實現制熱。 在超低溫空氣源熱泵廣泛的應用中也能夠看出，當環境溫度低至-20℃時它的綜合COP還高達2.0左右，溫度低至-25℃的時候也能正常運作，由此看來，空氣能熱泵機組最低運行環境溫度-25℃的時候是能夠正常運作制熱的。

熱泵熱水機組遵循能量守恒定律和熱力學第2定律，運用熱泵的原理，只需要消耗一小部分的機械功(電能)，將處于低溫環境(大氣或地下水等)下的熱量轉移到高溫環境下的熱水器中，去加熱制取高溫的熱水。熱泵可以與水泵相比擬，水是不能自發地從低處流向高處，要將低處的水輸送到高處，必須用一臺水泵，消耗一部分電力，才能將水送到高處的水箱中。 同樣，根據熱力學第二定律，熱量也是不能自發地從低溫環境向高溫環境中轉移(傳送)，而要實現這個目的，必須要有一臺機器，消耗一部分機械功(例如電能)，才能將低溫環境中的熱量傳送到高溫環境中去。這樣的機器就稱之為“熱泵”。熱泵的作用是將空氣中或低溫水中的熱量取出，連同本身所用的電能轉變成的熱能，一起送到高溫環境中去應用。