Toplotna črpalka se običajno uporablja za pomoč pri ogrevalnih in hladilnih sistemih tako doma kot v poslovnih zgradbah. Naprava je zasnovana tako, da po potrebi oddaja hladen ali vroč zrak. Pogost primer te vrste naprave je hladilnik. V hladilniku je okoli hladilnega krogotoka nameščena posebna delovna tekočina za delovanje toplotne črpalke. Hladilni krog vsebuje štiri elemente: kondenzator, uparjalnik, kompresor in ekspanzijski ventil.
Ko se toplota odvaja od vira, delovna tekočina izhlapi s pomočjo uparjalnika. Nato se toplota sprosti, zaradi česar se območje ohladi. Ko se toplota sprosti za hlajenje zraka, kondenzator kondenzira delovno tekočino. Ko se to zgodi, vzvratni ventil ustvari hladen zrak in smer delovne tekočine se obrne, da se postopek začne znova. Tako kot pri hladilniku tudi toplotna črpalka odvaja toploto iz vira, da ohrani določeno območje hladno.
Toplotne črpalke se običajno uporabljajo na lokacijah, kjer je potrebno ogrevanje ali hlajenje, vendar je trenutni vir toplote ali hlajenja neustrezen. Zato se pogosto uporabljajo pri sistemih za ogrevanje in hlajenje prostorov, pri gospodinjskem in industrijskem razvlaževanju ter pri ogrevanju sanitarne vode. Pri standardnih aplikacijah ogrevanja toplotna črpalka ločuje toploto iz različnih virov, kot so voda, zrak, tla in kamnine. Pri aplikacijah za hlajenje se po drugi strani toplota odvaja in ne ločuje. Ta naprava je prednostna izbira v industrijskih in gospodinjskih okoljih, kjer sta potrebna ogrevanje in hlajenje, ker porabi manj energije kot električna energija in druge metode.
Na voljo je več različnih vrst toplotnih črpalk, od katerih ima vsaka svoje posebne prednosti. Ena izmed najbolj priljubljenih oblik je toplotna črpalka zemeljskega izvora. Ta nima zunanjega ventilatorja. Zato je zelo tiho. Poleg tega ima manjšo nevarnost poškodb kot modeli z zunanjimi ventilatorji. Na splošno ima tudi življenjsko dobo več kot štirideset let.