Les bombes de calor de font d'aire funcionen segons el principi del cicle de Carnot invers. Utilitzen un sistema de compressor per absorbir la calor de l'aire per produir aigua calenta. Concretament, el compressor comprimeix el refrigerant; el refrigerant escalfat passa després a través d'un condensador al dipòsit d'aigua per produir aigua calenta. Després de l'intercanvi de calor, el refrigerant torna al compressor per al següent cicle. Durant aquest procés, la calor de l'aire és absorbida per l'evaporador i transferida al refrigerant, que després es transfereix a l'aigua per produir aigua calenta. Aquesta nova generació d'escalfadors d'aigua que escalfa l'aire mitjançant un compressor s'anomena escalfador d'aigua amb bomba de calor de font d'aire. Per dir-ho simplement, la unitat exterior comprimeix l'aire com una bomba d'aire, augmentant la seva temperatura. A continuació, aquesta calor es condueix al dipòsit d'aigua interior a través d'un líquid que bull a -17 graus, i finalment s'allibera a l'aigua.
El principi de calefacció d'una bomba de calor és l'oposat al d'un aparell d'aire condicionat-l'estàndard nacional per a la refrigeració és de 1.000 watts, i per a la refrigeració elèctrica, és de 2.800 watts. Segons el principi de l'equilibri de calor, es generen almenys 2800 watts de calor simultàniament. Amb l'entrada de 1000 watts d'electricitat, la calor real generada és d'entre 3000 i 4000 watts. A continuació, aquesta calor es transfereix al dipòsit d'aigua aïllat i el seu consum d'energia és només una-quarta part del d'un escalfador d'aigua elèctric (encara que l'escalfador d'aigua elèctric tingui una eficiència tèrmica del 100%, només generarà 1.000 watts de calor amb una entrada de 1.000 watts d'electricitat).