自动控制装置探测到太阳能水箱内的水温达不到设定值时，热泵开始工作并通过混合工质与水箱内的水进行热交换，最终保持水温稳定。热泵的工作原理是把环境介质中贮存的能量在蒸发器中加以吸收而蒸发，蒸发后的制冷剂被压缩机吸入并压缩成高温高压的气体，然后被排入设置在太阳能储热水箱底部的冷凝器中放热。制冷剂蒸气通过工质循环系统内，与水进行对流换热而得到冷凝，同时水得热而升温。

冷凝器的工质经膨胀阀或毛细管节流又重新流入蒸发器中，由此完成一次工作循环。阴天或夜间，热泵蒸发器通过吸收环境大气中的低品热源，保障热泵正常工作，从而可以全天候的产生热水。

热泵热水器是一种新型高效率节能热水器，其原理来源于十九世纪逆卡诺循环论文：制冷剂工质在压缩机的作用下，把低温低压气体压缩成为高温高压气体。高温高压气体进入冷凝器被冷却成为液体，从而释放出大量的热，冷水吸收其热量而温度不断上升并成为热水。制冷剂工质通过冷凝器后，再进入储液罐、过滤器、膨胀阀，然后到蒸发器中蒸发，吸收环境中的能量，最后进入压缩机。如此不断循环加热，可以使水温不断上升。
太阳能热水器工作原理简介：冷水通过管道进入太阳能热水器内，经过真空管（集热板），真空管（集热板）能收集太阳能，将太阳能转化为热能，然后把冷水加热。由于冷水的比重比热水的比重大，热水会自动往上升到达保温水箱，然后形成一个循环动力，水就在真空管（集热板）那逐渐升温，达到一定温度后就能进入储热水箱，需要热水的时候保温水箱就能供应热水。具体过程请看下面的太阳能热水器工作原理图。