Toplotne črpalke so naprave, ki izkoriščajo okoliško toploto in jo pretvarjajo v uporabno toploto za ogrevanje zgradb in pripravo tople sanitarne vode. Ogrevanje s toplotnimi črpalkami imenujemo tudi alternativno ogrevanje, saj predstavlja sodoben način ogrevanja v primerjavi s konvencionalnim izkoriščanjem fosilnih goriv.

Fizikalni princip delovanja toplotne črpalke je enostaven in ga že dolgo uporabljamo pri hladilnih napravah. Razlika med hladilnikom in toplotno črpalko je torej le v tem, da hladilnik hladi svojo notranjost, pri tem pa v okolico oddaja toploto, ki jo imamo za nezaželeno - odpadno. Toplotna črpalka pa ravno nasprotno odvzema toploto iz okolice in s to toploto ogreva vodo v bojlerju.

Toplotna črpalka potrebuje za prenos delovni medij, ki s spremembo svojega agregatnega stanja prenaša toploto iz okoliškega medija na uporabni medij. Kot delovno sredstvo v toplotnih črpalkah uporabljamo hladiva. Hladiva so snovi, ki se uparjajo že pri nižjih temperaturah (npr. 0-35 ^oC) in pri povišani temperaturi in tlaku kondenzirajo, torej oddajo kondenzacijsko toploto. Okoliški medij imenujemo tisti medij, ki mu toplotna črpalka odvzema toploto, to je lahko zrak, podtalna ali površinska voda, zemlja, različne snovi z odpadno toploto, ki nastaja pri tehnoloških procesih ipd. Uporabni medij je tisti, ki ga s toplotno črpalko ogrevamo, npr. sanitarna voda ali voda v ogrevalnem sistemu.