Toplotna črpalka je v osnovi naprava, ki izrablja termalno energijo, torej energijo, ki nastane zaradi temperaturnih razlik, kot vir za pridobivanje toplote oz. energije. Delovanje, kateremu je namenjena toplotna črpalka, je usmerjeno v to, da termalno energijo prenaša v nasprotno smer, kot je njen naraven tok. V naravnem stanju namreč toplota teče vedno v smer nižje temperature, črpalka pa ta tok preusmeri v nasprotno smer, pri čemer za ta preobrat seveda porabi le malo energije.
Hladilniki in kompresorske klimatske naprave so klasični primeri tega, kako deluje toplotna črpalka. Običajno pa je toplotna črpalka izrabljena za ogrevanje zaprtih, zaključnih prostorov, naprimer stanovanjskih ali poslovnih objektov, ki morajo seveda biti toplejši kot pa je njihovo okolje. Toplotna črpalka je sicer lahko namenjena tako ogrevanju kot hlajenju notranjih prostorov. Ko želimo ogreti določen prostor, bo toploto usmerila iz zunanjega, sicer hladnejšega zraka ali zemlje, pri čemer bo uporabila isti princip kakor klima ali hladilnik, le da bo toploto oddajala v notranji prostor namesto v okolje.
Za preusmerjanje naravnega toplotnega toka potrebuje toplotna črpalka določno energijo. Učinkovitost toplotne črpalke pa je seveda v tem, da bo z energijo porabljeno za ta proces ustvarila 2-krat do 3-krat več toplotne energije, kot pa bi jo pridobili, če bi v toploto pretvorili ta začetni energijski vložek. Zaradi te učinkovitosti je toplotna črpalka varčna in okolju prijazna naložba, saj ustvari 2 do 3 krat več energije kot jo pri tem izrabi. Pomembno pa je, da pri tem toplotna črpalka ne izrablja neobnovljivih virov energije, temveč le preproste temperaturne razlike.