Come intuibile dal suo nome, la pompa di calore è un apparecchio capace di estrarre energia dal sottosuolo per pomparla da uno stadio basso di temperatura ad uno stadio molto più elevato. Il principio di questo processo si basa sul cosiddetto "ciclo di Carnot", che lo scienziato francese Sadi Carnot sviluppò nel 1824: in un sistema chiuso, un gas si trasforma in diversi stati fisici attraverso processi di compressione, condensazione, espansione e decompressione , subendo il relativo cambiamento di pressione e di temperatura. Questo principio è tecnicamente messo in pratica in una moderna pompa di calore. Una pompa di calore è paragonabile ad un frigorifero, costituita da quattro componenti principali: il compressore, il condensatore, la valvola di espansione e l'evaporatore. Il cuore della pompa di calore è il compressore. Nelle moderne pompe di calore vengono utilizzati i compressori "Scroll", molto robusti e affidabili. Il principio di funzionamento si basa su due spirali intrecciate che ruotando aspirano e comprimono il gas. I particolari vantaggi del compressore Scroll rispetto a un compressore a pistone sono: meno parti in movimento, nessuna valvola di entrata e uscita, l'assenza di punti morti e di conseguenza, una elevata affidabilità, silenziosità ed un buon rendimento. Altro componente del circuito frigorifero ermeticamente chiuso della pompa di calore è il condensatore. In esso, l'energia termica proveniente dal terreno viene immesso nella rete di riscaldamento. Il trasferimento del calore avviene in controcorrente: il refrigerante entra da un lato dello scambiatore e l'acqua di riscaldamento dall'altro lato della piastra. Lo scambiatore di calore è costituito da diversi strati di piastre, che sono saldate. Il terzo elemento, l'evaporatore, è un ulteriore scambiatore di calore a piastre: in esso il liquido refrigerante decompresso estrae calore dal circuito delle sonde geotermiche. La fase di decompressione avviene nel quarto elemento del ciclo frigorifero che è la valvola di espansione. La valvola di espansione può essere paragonata all'ugello di uno spray. La regolazione di questa valvola avviene in modo automatico in base alla potenza richiesta. Per garantire un efficiente funzionamento l'intero circuito deve essere riempito con gas speciali chiamati gas refrigeranti. Essi sono speciali miscele di gas, prodotti artificialmente e devono soddisfare la richiesta di refrigerazione di una pompa di calore. I moderni refrigeranti sono ecologici e non danneggiano l'ambiente. Essi sono contrassegnati con la lettera R, come refrigerante, e segnati con una combinazione di numeri, come ad esempio R407C o R134a. Il processo di Carnot permette quindi, l'utilizzo dell'energia geotermica dal terreno in tutto il ciclo della pompa di calore per il riscaldamento dell'acqua. I vantaggi derivanti dall'utilizzo di una pompa di calore sono relativi al fatto che quest'ultima è il mezzo per riscaldare meno inquinante e meno costoso, con costi di esercizio e di manutenzione estremamente bassi. Altro vantaggio sta nel fatto che tale sistema consente di fornire più energia (sotto forma di calore) di quella elettrica necessaria al funzionamento; per funzionare utilizza solo il 25% di energia elettrica, mentre rende tre volte tanto in energia termica. Di conseguenza, il bilancio energetico è straordinariamente positivo.