Een warmtepomp in de verwarmingsmodus werkt net als de koelmodus, behalve dat de luchtstroom wordt omgekeerd door de omkeerklep. De stroomomkering betekent dat de verwarmingsbron de buitenlucht wordt en dat de warmte-energie wordt vrijgegeven in het huis. Zelfs bij temperaturen onder het vriespunt is zo een ruimte te verwarmen. De buitenbatterij heeft nu de functie van een verdamper en de binnenrol heeft nu de rol van condensor.

De fysica van het proces is hetzelfde: warmte-energie wordt in de buitenlucht geabsorbeerd door koud vloeibaar koelmiddel, waardoor het wordt omgezet in koud gas. Vervolgens wordt druk uitgeoefend op het koude gas waardoor het heet wordt. Het hete gas wordt in de binnenunit gekoeld door lucht te laten passeren, de lucht te verwarmen en het gas tot de warme vloeistof te condenseren. De warme vloeistof wordt van de druk bevrijd wanneer deze de buitenunit binnendringt, naar koelvloeistof draait en de cyclus vernieuwd.