Pompa kalor sumber udara beroperasi dengan prinsip siklus Carnot terbalik. Mereka menggunakan sistem kompresor untuk menyerap panas dari udara untuk menghasilkan air panas. Secara khusus, kompresor memampatkan zat pendingin; refrigeran yang dipanaskan kemudian melewati kondensor di tangki air untuk menghasilkan air panas. Setelah pertukaran panas, refrigeran kembali ke kompresor untuk siklus berikutnya. Selama proses ini, panas dari udara diserap oleh evaporator dan dipindahkan ke refrigeran, yang kemudian dipindahkan ke air untuk menghasilkan air panas. Pemanas air generasi baru yang memanaskan udara menggunakan kompresor disebut pemanas air pompa panas sumber udara. Sederhananya, unit luar ruangan memampatkan udara seperti pompa udara, sehingga menaikkan suhunya. Panas ini kemudian dialirkan ke tangki air dalam ruangan melalui cairan yang mendidih pada suhu -17 derajat, dan akhirnya dilepaskan ke dalam air.
Prinsip pemanasan pompa kalor adalah kebalikan dari AC-standar nasional untuk pendinginan adalah 1000 watt, dan untuk pendinginan listrik adalah 2800 watt. Berdasarkan prinsip keseimbangan panas, setidaknya 2800 watt panas dihasilkan secara bersamaan. Dengan masukan listrik sebesar 1000 watt, panas sebenarnya yang dihasilkan antara 3000 hingga 4000 watt. Panas ini kemudian ditransfer ke tangki air berinsulasi, dan konsumsi dayanya hanya-seperempat dari konsumsi daya pemanas air listrik (walaupun pemanas air listrik memiliki efisiensi termal 100%, pemanas tersebut hanya akan menghasilkan panas 1000 watt dengan masukan listrik sebesar 1000 watt).