Z okoljskega vidika toplotne črpalke močno zmanjšujejo emisije toplogrednih plinov, saj pri delovanju uporabljajo obnovljive vire energije, s katerimi spodbujajo ozaveščenost o zmanjševanju ogljičnega odtisa. Izkoriščajo zunanje vire toplote in jih prenašajo v notranjost prostora.

Na podobnem principu, vendar v obratni smeri, so uporabne tudi za ohlajevanje prostorov v poletnih mesecih. Tako prihranimo pri stroških, saj lahko z eno napravo pokrijemo obe funkciji. Pri delovanju toplotne črpalke uporabljajo različne naravne vire toplote. Najpogostejše toplotne črpalke so zrak–voda, ki toploto črpajo iz zunanjega zraka. Ta sistem je cenovno ugoden in primeren za različne gradnje ter prenove hiš. Upoštevati je treba podnebje, saj v zelo hladnih območjih zaradi nizkih temperatur njihova učinkovitost pade. Rešitve po sistemu zrak–zrak so primerne za enostavne, manjše objekte; pri tem ne ogrevajo sanitarne vode in niso primerne za radiatorje ali talno gretje. Njihovo delovanje je podobno ogrevanju s klimatskimi napravami. Postavitev je enostavna, saj ne potrebuje vodnega sistema, montaža pa je hitra. Bolj stabilno ogrevanje zagotavljajo toplotne črpalke po sistemu zemlja–voda. V tem primeru se toplota črpa iz zemlje, kjer je temperatura bolj stabilna, toplota pa se oddaja tudi v ogrevalno vodo. Njihova učinkovitost je zelo visoka in imajo dolgo življenjsko dobo. Postavitev zahteva vrtino ali večjo parcelo za zemeljske kolektorje in v nekaterih primerih tudi gradbeno dovoljenje, zato so zelo primerne za novogradnje. Sistem voda–voda potrebuje podtalnico ali bližino vodnega vira. Tudi ta sistem je zelo stabilen, saj ima podtalnica konstantno temperaturo. Manj je razširjen, ker vodni vir ni dostopen širši populaciji, za postavitev pa je potrebno tudi vodno dovoljenje. Vse navedene vrste toplotnih črpalk delujejo po istem principu v hladilnem krogu: hladivo prevzame toploto iz okolja, kompresor ga stisne, temperatura naraste in toplota se prenese v ogrevalni sistem.

Zatem se hladivo ponovno razširi in cikel se ponovi. Pri tem uporabljajo električno energijo in so zelo učinkovite, saj iz ene kilovatne ure porabljene elektrike proizvedejo več kilovatnih ur toplote.