Næsten alle varmepumper, som anvendes for øjeblikket, er enten baseret på dampkompression eller på et absorptionskredsløb. Disse to principper vil kort blive behandlet i de to følgende afsnit.
Teoretisk set kan varmepumpefunktionen opnås ved mange andre termodynamiske kredsløb og processer. Det indkluderer Stirling og Vuilleumier-kredsløb, enfasede kredsløb (f.eks. med luft, CO2 eller ædelgasser), faststof-damp-sorptionssystemer, hybridsystemer (særlig med kombination af dampkompression og absorptionskredsløb) og elektromagnetiske og akustiske processer. Nogle af disse er på vej ud på markedet eller har nået et tilstrækkelig udviklet teknisk stadie og kunne blive betydningsfulde i fremtiden.
Dampkompression
Lukket kredsløb, el-motordrevet dampkompressionsvarmepumpe
Lukket kredsløb, motordrevet dampkompressionsvarmepumpe
Absorptionsvarmepumpe
Størstedelen af varmepumper fungerer ved dampkompressionskredsløb-princippet. De primære komponenter i en sådan et sådant varmepumpeanlæg er kompressoren, ekspansionsventilen og to varmevekslere betegnet fordamperen og kondensatoren. Komponenterne er forbundet så de danner et lukket kredsløbs, som vist på Figur 1. En flygtig væske, kendt som kølevæske eller kølemiddel, cirkulerer gennem de fire komponenter.
I fordamperen holdes det flydende kølemiddel på en lavere temperatur end varmekilden, hvilket får varmen til at bevæge sig fra varmekilden til kølevæsken, hvorved væsken fordamper. Damp fra fordamperen bringes op på et højere trykniveau og en højere temperatur. Den varme damp bevæger sig da ind i kondensatoren, hvor den kondenseres og afgiver anvendelig varme. Endelig udvides kølemidlet igen i ekspansionsventilen til fordamperens tryk og temperatur. Kølemidlet bringes tilbage til sin oprindelige tilstand og bevæger sig endnu en gang ind i fordamperen. Kompressoren drives som regel af en el-motor og nogle gange af en forbrændingsmotor.
En el-motor driver kompressoren med meget lavt energitab. Varmepumpens overordnede energimæssige effektivitet afhænger i høj grad af den effektivitet, hvormed elektriciteten frembringes. Dette behandles i afsnittet om varmepumpers ydelse.
Når kompressoren drives af en gas- eller dieselmotor (se Figur 2), anvendes varme fra kølevandet og fra den udledte gas tillige med kondensatorvarmen.
Industrielle varmepumper af dampkompressionstypen anvender ofte absorbenten selv som kølemiddel i et åbent kredsløb.
Disse varmepumper fungerer ved mekanisk damp-rekompression og er såkaldte MVR-pumper (MVR: mechanical vapour recompressor); se afsnittet om industrielle varmepumper.