污水源熱泵的主要工作原理是借助污水源熱泵壓縮機系統，消耗少量電能，在冬季把存于水中的低位熱能“提取”出來，為用戶提供熱水和熱能，夏季則把室內的熱量“提取”出來，釋放到水中，從而降低室溫，達到制冷的效果。其能量流動是利用熱泵機組所消耗能量（電能）吸取的全部熱能（即電能+吸收的熱能）一起排輸至高溫熱源，而起所消耗能量作用的是使介質壓縮至高溫高壓狀態，從而達到吸收低溫熱源中熱能的作用。 

污水源熱泵系統由通過水源水管路和冷熱水管路的水源系統、熱泵系統、末端系統等部分相連接組成。根據原生污水是否直接進熱泵機組蒸發器或者冷凝器可以將該系統分為直接利用和間接利用兩種方式。直接利用方式是指將污水中的熱量通過熱泵回收后送回儲水箱；間接利用方式是指污水先通過熱交換器進行熱交換后，再把污水中的熱量通過熱泵進行回收并儲存。
污水源熱泵系統目前在國內主要有兩種應用方式 ，一種是利用防堵機技術把污水過濾后直接進入熱泵機組，此種是對污水的直接利用，污水直接利用，進入熱泵機組的熱源溫度較高，從理論上，系統能效比較高；但是在實際應用中，防堵機和污水熱泵需要經常清洗，防堵機和熱泵機組都為電氣機械產品，經常堵塞、腐蝕等問題，使得的系統運行壽命降低，且清洗時，系統不能運行?！　×硪环N污水的利用方式是，污水經過離心污水換熱器，間接利用，離心污水換熱器不存在堵塞及腐蝕且清洗周期較長，由于間接利用，中介質水為軟化水，進入熱泵機組，不影響機組的壽命，清洗周期較長。
直熱式熱泵，是指注入之水循環一次就被加熱到設定的目標溫度。循環式熱泵，是指被加熱的水反復多次循環才能被加熱到設定的目標溫度。

直熱式：利用自來水具有的壓力或者小功率水泵將冷水直接注入主機。循環式：水箱內熱水進行循環，需采用功率較大水泵；在使用中為保證穩定恒溫，需再加輔助水箱，主副水箱直接再設置一連接水泵，系統復雜費電。

當進水溫度小于45℃的時候，直熱式和循環式熱泵具有相似的工況和能效。當進水溫度高于45℃的時候，二者的工況則不完全相同：直熱式：壓縮機維持穩定的運行負荷，可長時間運行；冷媒能得到充分冷卻，系統高壓壓力降低，壓縮機克服系統壓力所消耗的電能比較少，從而延長了壓縮機的壽命。循環式：壓縮機的工作溫度和壓力不斷提高，壓縮機的工作條件隨著水溫的不斷提高隨即變得惡劣，壓縮機排氣溫度過高，使得壓縮機面臨更多的耗功、潤滑發熱油更容易碳化，熱泵機組效率、安全性和使用壽命也隨之下降。

污水源熱泵最節能的關鍵在于提取和吸收污水中的熱能，提供給污水源熱泵機組，使其工況和能效比達到最佳。在供給污水源熱泵吸能水溫在30度時能效比高達6.5。所以污水先通過熱交換器進行熱交換后，再把污水中的熱量通過熱泵進行回收并儲存。對熱交換器要求比較高，在要求導熱系數好的同時防腐蝕性也好。故現使用304不銹鋼玻紋管放入污水池，不銹鋼玻紋管達到導熱系數高，換熱面積增大，防腐蝕性等特點。1mm銅管總體換熱系數為3682.4w/㎡.k。1mm不銹鋼管總體換熱系數為3460.4w/㎡.k。在壁厚相同的情況下，不銹鋼管的總體傳熱系數比銅管低6%。由于使用比銅管薄的不銹鋼管，不銹鋼管的總體傳熱系數和凝結放熱系數都比銅管大，使不銹鋼管的總體傳熱系數得到提高。

隨著運行時間的增長，銅管氧化層將越來越厚，傳熱效果會越來越差。而不銹鋼基本不會氧化，或氧化速度很慢。因此，不銹鋼管的換熱器與銅管的換熱 器如果同時投運，運行時間越長，不銹鋼管的換熱器的經濟性將會比銅管的換熱器越來越更好。同時，銅管對冷卻水中的雜物的吸附能力比不銹鋼管更強得多，大大 降低了設備的經濟性。
直熱式具有省電節能、舒適（水溫恒定可調）等優點，更適應洗浴、酒店等熱水舒適性要求高的場所。