En luft til luft varmepumpe virker ved at trække varmeenergi ud af luften og overføre den til den indvendige. En luft til luft varmepumpe har en udedel og en eller flere indedele. I luft til luft varmepumpen er ude- og indedelene forbundet med varmeisolerende rør, som er fyldt med kølemiddel. Kølemidlet løber i et kredsløb mellem luft til luft varmepumpens ude- og indedel. I udedelen fordampes kølemidlet i fordamperen, hvorved der optages varme fra luften. Kølemidlet komprimeres derefter i kompressoren, hvilket hæver temperaturen på kølemidlet. I den indvendige del kondenseres kølemidlet til væske i kondensatoren og afgiver varme til luften i huset. Herefter sænkes trykket på kølemidlet ved hjælp af en ekspansionsventil, som sender kølemidlet tilbage til fordamperen, for at optage varme igen. De fleste luft til luft varmepumper har også mulighed for at køre denne proces omvendt, så de kan nedkøle huset om sommeren.
En luft til luft varmepumpe har derfor en funktion hele året, hvor den sikrer et sundt indeklima. Mange varmepumper kan også kobles op med wi-fi styring. Det giver dig mulighed for at styre varmepumpen fra din telefon. Så kan du f. eks varme sommerhuset op, når du er på vej dertil, eller indstille varmepumpen til at bruge mindre strøm, når man ikke er hjemme. De fleste luft til luft varmepumper er dog rimelig strømsparende i forvejen, udover den strøm der bruges på at cirkulere luften, så bruges der nemlig kun strøm i kompressoren. Resten af energien kommer fra luften, hvilket gør en luft til luft varmepumpe meget mere effektiv end f. eks en traditionel el-radiator. En luft til luft varmepumpe kan ikke lave brugsvand til huset. Hvis man vil have mulighed for det, skal man i stedet have en luft til vand varmepumpe. Den fungerer på de samme principper, men overfører varmen til vand, i stedet for at opvarme luften i huset.