根据热力学第二定律，热可以自发地由高温物体传向低温物体，而由低温物体传向高温物体则必须做功。热泵系统实现了把能量由低温物体向高温物体的传递，它是以花费一部分高质能(电能)为代价，从自然环境中获取能量，并连同所花费的高质能一起向用户供热。热泵的供热量大于所消耗的功量，是综合利用能源的一种很有价值的措施。

地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖;夏季，把室内的热量“取”出来，释放到地能中去。通常地源热泵机组的性能系数COP(指其制热量与所消耗的电能的比值)达到3.8-5.4，即消耗1kW的能量可以得到4kW以上的热量或制冷量。

地源热泵系统是目前我国应用较多的热泵形式，它是以水(包括江、河、湖泊、地下水，甚至是城市污水等)作为冷热源体，在冬季利用热泵吸收其热量向建筑供暖，在夏季热泵将吸收到的热量向其排放，实现对建筑物的供冷。地源热泵原理大都是通过外部管道及阀门的切换来实现冬夏工况的转换，夏季空调供回水走蒸发器，水源水走冷凝器，冬季空调供回水走冷凝器，水源水走蒸发器。水源热泵是利用地球水所储藏的太阳能资源作为冷、热源，进行转换的空调技术。

地源热泵空调包括地下水热泵、地表水（江、河、湖、海）热泵、土壤源热泵，利用地下水的水源热泵习惯上被称为水源热泵。