空气源热泵和空调的制冷系统原理相同，都是采用“逆卡诺循环”原理，以压缩机为动力，制冷剂为载体，依次经过等温蒸发、绝热压缩、等温冷凝、绝热膨胀，四个不断循环过程，将热量在空气和水之间转移。 具体循环过程是：低温低压的液态制冷剂，进入蒸发器中，从空气中吸热做等温吸热蒸发，气态的制冷剂进入压缩机，被绝热压缩成高温高压的气体排入冷凝器，热量释放给进入冷凝器中的冷水，冷水被加热输送到用户端进行采暖或洗浴，同时制冷剂变成高温高压的液态进入节流装置，绝热膨胀成低温低压的液态进入蒸发器，周而复始。

超低温空气源热泵与一般空气源热泵相比，超低温空气源热泵多了一条联通压缩机的喷射增焓支路，一般空气源热泵在-10℃以及更低温的环境下，会由于蒸发温度低导致蒸发量下降，因此使压缩机回气量比较少，冷凝放热的效果会大大降低，可是使用超低温空气源热泵后，由于增加过联通压缩机的喷射增焓支路，它能在压缩机回气不足的情况下直接给压缩机进行补气，使冷凝器的放热量得到提升，所以超低温空气源热泵在-25℃的环境下也能正常工作实现制热。 在超低温空气源热泵广泛的应用中也能够看出，当环境温度低至-20℃时它的综合COP还高达2.0左右，温度低至-25℃的时候也能正常运作，由此看来，空气能热泵机组最低运行环境温度-25℃的时候是能够正常运作制热的。

热泵热水机组遵循能量守恒定律和热力学第2定律，运用热泵的原理，只需要消耗一小部分的机械功(电能)，将处于低温环境(大气或地下水等)下的热量转移到高温环境下的热水器中，去加热制取高温的热水。热泵可以与水泵相比拟，水是不能自发地从低处流向高处，要将低处的水输送到高处，必须用一台水泵，消耗一部分电力，才能将水送到高处的水箱中。 同样，根据热力学第二定律，热量也是不能自发地从低温环境向高温环境中转移(传送)，而要实现这个目的，必须要有一台机器，消耗一部分机械功(例如电能)，才能将低温环境中的热量传送到高温环境中去。这样的机器就称之为“热泵”。热泵的作用是将空气中或低温水中的热量取出，连同本身所用的电能转变成的热能，一起送到高温环境中去应用。