En este tipo de máquinas es necesario aportar trabajo externo al ciclo para conseguir que la transferencia de calor se produzca de la fuente más fría a la más caliente, contra la tendencia natural de los procesos térmicos que tratan de transmitir calor desde los focos calientes a los focos fríos.
Este proceso de transferencia de energía calorífica se realiza mediante un sistema de refrigeración por compresión de gases refrigerantes, empleando una válvula inversora de ciclo, que permite invertir el sentido del flujo de refrigeración, haciendo que el condensador actúe de evaporador y viceversa.
La bomba de calor de refrigeración por compresión de vapor (es la empleada con mayor frecuencia) utiliza un fluido refrigerante de bajo punto de ebullición, que necesita energía para evaporarse (calor latente), extrayendo esta energía de su entorno en forma de calor, con lo que provoca la refrigeración de éste.
El fluido refrigerante a baja temperatura y en estado gaseoso, procedente del evaporador (foco frío), consume energía mecánica de un compresor para que el fluido refrigerante adquiera la presión necesaria, de forma que el calor absorbido por el fluido refrigerante en el evaporador se disipa en el condensador (foco caliente), cuando el fluido se licúa.
El ciclo continúa, cuando el fluido atraviesa un expansor, que es una válvula (orificio capilar) de modo que el fluido condensado a alta presión, que sale relativamente frío del condensador, al expandirse se vaporiza, con lo que se enfría considerablemente, para ello requiere una gran cantidad de calor (dada por su calor latente de vaporización) que capta del recinto que está refrigerando.
El fluido evaporado, regresa al compresor, cerrándose el ciclo.
La válvula inversora de ciclo o válvula inversora de cuatro vías se sitúa a la salida del compresor y, según las necesidades térmicas del ambiente a climatizar selecciona un sentido u otro de circulación del fluido refrigerante.