En varmepumpe utnytter i sekvens følgende fysiske fenomener: Et fluid (i denne sammenheng kalt arbeidsmedium) opptar varme fra, altså kjøler, omgivelsene når det endrer tilstand fra væske til gass, det vil si fordamper / koker. Kokepunkttemperaturen blir høyere når trykket økes (gjennom kompresjon). Varme frigjøres til, altså varmer, omgivelsene, når gass fortettes til væske ved kondensasjon. Kokepunkttemperaturen går ned når trykket reduseres gjennom en ventil.