Trong quá trình vận hành, máy nước nóng bơm nhiệt đun nước nóng hấp thụ nhiệt từ không khí tuần hoàn hoặc không khí thải và chuyển đến bình bay hơi. Bình bay hơi chứa môi chất làm lạnh nóng lên ở nhiệt độ thấp trước khi chuyển thành hơi. Do nhiệt độ của môi chất làm lạnh hóa hơi chưa đủ cao để đun nóng nước nên quá trình nén sẽ diễn ra sau đó. Trong quá trình này, hơi nước được chuyển đến một máy nén điều khiển bằng dòng điện, máy nén này sẽ nén cho đến khi đạt được nhiệt độ cần thiết.
Ở bước cuối cùng, hơi của môi chất làm lạnh được làm nóng sẽ truyền năng lượng nhiệt sang bình chứa nước nóng sinh hoạt tích hợp, nguội dần và ngưng tụ. Môi chất làm lạnh sau đó được giãn ra ở áp suất cao bằng van tiết lưu đồng thời tiếp tục hạ nhiệt xuống thấp. Khi môi chất làm lạnh trở lại trạng thái ban đầu, quá trình nén có thể bắt đầu lại.