Toplotne črpalke so zagotovo prihodnost ogrevanja. Vrhunske toplotne črpalke so naprave, ki uporabljajo energetski potencial okolja za ogrevanje notranjih prostorov. Črpalke delujejo tako, da vase absorbirajo energetski potencial iz okolja, to je recimo voda ali pa zrak, ga v sebi prefiltrirajo in predelajo in ga nato spustijo v notranje prostore.
Toplotna črpalka uporablja zelo malo zunanje energije, kot je na primer elektrika, za delovanje. To delo v večini obsega prenos potencialne energije iz naravnih toplotnih virov v hladilnik. V smislu same učinkovitosti ogrevanja so črpalke štirikrat do petkrat bolj zmogljive pri ogrevanju prostora kot pa preprosti grelnik, ki uporabljajo elektriko za ogrevanje prostora. Tovrstni grelniki pora enako količino električne energije, kot pa črpalke in so manj učinkoviti.
Povprečni stroški montaže toplotne črpalke so dvajset krat večji od tovrstnih stroškov za inštalacijo grelnika, ki uporablja elektriko za delovanje. Obstaja tudi možnost, da se sama toplotna energija prenese v vodo. Ta voda se nato lahko uporablja v namen ogrevanja hiše ali stavbe preko talnega ogrevanja ali navadnih radiatorjev.
Reverzibilne črpalke delujejo tako, da lahko toploto črpajo v obe smeri, da zagotovijo hlajenje ali ogrevanje v notranjem prostoru stavbe ali pa hiše. Črpalke uporabljajo poseben ventil za preusmeritev same toplote. Ventil lahko preusmeri sam pretok hladilnega sredstva iz tako imenovanega kompresorja skozi izparilne tuljave in vgrajen kondenzator.
Za ogrevanje ali pa hlajenje je notranja tuljava kondenzator, zunanja pa je uparjalnik. Temperatura same pare v črpalki se povečana s postopkom stiskanjem. Notranja tuljava prenaša ustvarjeno energijo pri procesu stiskanja in toplotno iz okolja v notranji prostor. Toplotne črpalke s pomočjo naravnega zračnega mehanizma premika topli zrak po notranji strani stavbe. Hladilno sredstvo, ki teče skozi uparjalnik, prenaša toplotno energijo iz premikajoče vode, zunanjega zraka ali pa tal v zaprte prostore.
Zamrzovalniki in klimatske naprave so zelo znani primeri toplotnih črpalk. Sam izraz “toplotne črpalke” je zelo obširen in ter s tem izrazom lahko kategoriziramo številne naprave za klimatizacijo, prezračevanje in ogrevanje.