Въздушните термопомпи работят на принципа на обратния цикъл на Карно. Те използват компресорна система за абсорбиране на топлина от въздуха за производство на топла вода. По-конкретно, компресорът компресира хладилния агент; нагрятият хладилен агент след това преминава през кондензатор във водния резервоар, за да произведе гореща вода. След топлообмен хладилният агент се връща в компресора за следващия цикъл. По време на този процес топлината от въздуха се абсорбира от изпарителя и се прехвърля към хладилния агент, който след това се прехвърля към водата, за да се получи гореща вода. Това ново поколение бойлери, които загряват въздуха с помощта на компресор, се нарича бойлер с термопомпа с въздушен източник. Казано по-просто, външното тяло компресира въздуха като въздушна помпа, повишавайки температурата му. След това тази топлина се отвежда към вътрешния резервоар за вода чрез течност, която кипи при -17 градуса, и накрая се освобождава във водата.
Принципът на отопление на термопомпата е противоположен на този на климатика-Националният стандарт за охлаждане е 1000 вата, а за електрическо охлаждане е 2800 вата. Въз основа на принципа на топлинния баланс, едновременно се генерират поне 2800 вата топлина. При вложени 1000 вата електричество реално генерираната топлина е между 3000 и 4000 вата. След това тази топлина се прехвърля към изолирания резервоар за вода и нейната консумация на енергия е само една-четвърт от тази на електрически бойлер (дори ако електрическият бойлер има топлинна ефективност от 100%, той ще генерира само 1000 вата топлина с вложено 1000 вата електричество).