根據熱力學第二定律，熱可以自發地由高溫物體傳向低溫物體，而由低溫物體傳向高溫物體則必須做功。熱泵系統實現了把能量由低溫物體向高溫物體的傳遞，它是以花費一部分高質能(電能)為代價，從自然環境中獲取能量，并連同所花費的高質能一起向用戶供熱。熱泵的供熱量大于所消耗的功量，是綜合利用能源的一種很有價值的措施。

地能分別在冬季作為熱泵供暖的熱源和夏季空調的冷源，即在冬季，把地能中的熱量“取”出來，提高溫度后，供給室內采暖;夏季，把室內的熱量“取”出來，釋放到地能中去。通常地源熱泵機組的性能系數COP(指其制熱量與所消耗的電能的比值)達到3.8-5.4，即消耗1kW的能量可以得到4kW以上的熱量或制冷量。

地源熱泵系統是目前我國應用較多的熱泵形式，它是以水(包括江、河、湖泊、地下水，甚至是城市污水等)作為冷熱源體，在冬季利用熱泵吸收其熱量向建筑供暖，在夏季熱泵將吸收到的熱量向其排放，實現對建筑物的供冷。地源熱泵原理大都是通過外部管道及閥門的切換來實現冬夏工況的轉換，夏季空調供回水走蒸發器，水源水走冷凝器，冬季空調供回水走冷凝器，水源水走蒸發器。水源熱泵是利用地球水所儲藏的太陽能資源作為冷、熱源，進行轉換的空調技術。

地源熱泵空調包括地下水熱泵、地表水（江、河、湖、海）熱泵、土壤源熱泵，利用地下水的水源熱泵習慣上被稱為水源熱泵。