Der Kältekreislauf einer Wärmepumpe macht die überall zur Verfügung stehende Umweltwärme nutzbar. Der Schlüssel dazu liegt in den unterschiedlichen Aggregatzuständen des Kältemittels, das im Kreislauf zirkuliert. Aus der Umgebung (Luft, Wasser oder Erde) gelangt Wärme in den Verdampfer (auch Wärmetauscher genannt). Dort steht das Kältemittel unter geringem Druck, was auch eine niedrige Temperatur bedeutet. Das flüssige Kältemittel siedet und verdampft hier. Dieser kalte Dampf wird nun vom Kompressor (Verdichter) angesaugt und unter hohem Druck verdichtet. Mit dem Druck steigt auch die Temperatur des Kältemitteldampfes. Der heiße Dampf gibt nun im Kondensator (Verflüssiger) Wärme an die Umgebung, d.h. Luft oder Wasser (z.B. für einen Heizungskreislauf) ab und kondensiert wieder. Anschließend gelangt das verflüssigte Kältemittel in das Expansionsventil, wo es entspannt wird. Von dort fließt es bei niedrigem Druck wieder zum Verdampfer zurück und der Kreislauf beginnt erneut.
Dieser mechanische Kälteprozess findet überall im Klima-, Kühl- und Gefrierbereich Anwendung, demnach ist eine Wärmepumpe eigentlich eine Kältemaschine.
