空气源热泵在运行中，蒸发器从空气中的环境热能中吸取热量以蒸发传热工质，工质蒸气经压缩机压缩后压力和温度上升，高温蒸气通过永久黏结在贮水箱外表面的特制环形管冷凝器冷凝成液体时，释放出的热量传递给了空气源热泵贮水箱中的水。冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到蒸发器，后再被蒸发，如此循环往复。
空气源热泵传热工质是一种特殊物质，常压下其沸点为零下40℃,凝固点为零下100℃以下，该物质冷的时候是液体，但很容易被蒸发成气体，反之亦然。在实际运行中，空气源热泵中传热工质的蒸发极限温度为零下20℃左右，因此5℃的环境温度对如此低的温度也是"热"的，甚至下雪的温度，比如说0℃，相比之下也是热的，因此，仍可交换一些热能。
1824年法国科学家卡诺(Sadi karnot)发表卡诺循环理论,成为热泵技术的起源
1850年 英国科学家开尔文(L.Kelvin)提出将逆卡诺循环用于加热的热泵设想
热泵的理论起源于十九世纪早期法国科学家萨迪.卡诺(Sadi karnot)，卡诺在 1824年首次以论文提出"卡诺循环"理论，30年后，英国科学家开尔文(L.Kelvin)于1850年初提出:冷冻装置可以用于加热，之后许多科学家和工程师对热泵进行了大量研究，研究持续80年之久。
1912年瑞士的苏黎世成功安装一套以河水作为低位热源的热泵设备用于供暖，这是早期的水源热泵系统，也是世界上第一套热泵系统。热泵工业在20世纪40年代到50年代早期得到迅速发展，家用热泵和工业建筑用的热泵开始进入市场，热泵进入了早期发展阶段。
21 世纪，随着" 能源危机 "出现，燃油价格忽升，经过改进发展成熟的热泵以其高效回收低温环境热能，节能环保的特点，重新登上历史舞台，成为当前最有价值的新能源科技。
前国际热能署专门成立国际热泵中心，设立热泵推广工程(Heat Pump Programme)，向世界上各国推广协调热泵技术的应用和发展。 美、 加、瑞典、德、日、韩等国政府均发出专门官方指引，促进热泵技术的社会应用。
节能: 从空气中获取大量免费热量，每消耗1度电就能产出3~4度电的热量，与常规热水器相比可节省70-80%的电费。使用成本相当于电热水器的1/4，燃气热水器的1/2，太阳能热水器的2/3，即每消耗一度电就能产生3-4度电产生的热量。
安全: 水电分离，无漏电危险
适用: -5~50℃环境
环保: 无废热、废水、废气
注:但是，目前我国大部分厂家所采用环保热媒(冷媒)R417A、104A。而日本等一些国家已率先采用CO2作为热媒(冷媒)，不对臭氧层造成破坏(所以在安装时，铜管务必要连接紧密，防止R22漏出。若R22完全不漏出，将对环境无任何负面影响)。另外，以上所述的R22、R417A、1394A、CO2皆对人体不造成伤害的，即使有漏出，整套热水设备都是安全的。
