Toplotne pumpe su uređaji koji obezbeđuju razmenu toplote, odnosno oduzimanje toplote od jednog medija i zagrevanje drugog medija i obratno.

One koriste besplatnu energiju iz životne sredine kako bi obezbedile potpuno grejanje i hlađenje potrošačima na ekološki pogodan, pouzdan i ekonomičan način.

Princip rada toplotne pumpe zasniva se na sledećem:

Fluid od koga se toplota oduzima dovodi se sa isparivačke strane uređaja dok se fluid kome se toplota predaje dovodi sa kondenzatorske strane uređaja.

Genaralna podela toplotnih pumpi izvršena je prema izvoru energije, na: toplotne pumpe voda-voda, zemlja-voda i vazduh-voda. U eksploataciji subgeotermalne energije koriste se toplotne pumpe voda - voda i zemlja-voda, koje se još nazivaju i geotermalne toplotne pumpe.

Otvoreni (open loop) sistem je sistem koji koristi energiju hidrogeotermalnih resursa. Sistem se sastoji od izvora energije, toplotne pumpe voda-voda i "ponora" energije (upojnog bunara).

Princip rada zasniva se na tome da voda iz bunara dolazi do toplotne pumpe, gde se vrši proces razmene toplote, a potom se preko upojnog bunara ohlađena vraća u izdan. Toplotne pumpe voda - voda vezane na bunar mogu se koristiti u reverzibilnom režimu za obezbeđenje rashladne energije za hlađenje objekta u letnjem periodu. Princip rada je isti kao i pri grejanju samo je proces obrnut. Toplotna pumpa sa sekundarne strane rashlađuje vodu za hlađenje objekta a sa primarne zagreva bunarsku vodu, te se u bunar vraća zagrejana voda. U ovom slučaju "ponor energije" je upojni bunar, premda je to samo jedna od varijanti odlaganja ili dispozcijije "energetski" iskorišćenih voda.
Stepen korisnosti ovakvih toplotnih pumpi je COP = 3.0 ÷ 6.5. Dakle, sa 1kW uložene električne energije u rad toplotne pumpe dobija se 3.0 do 6.5 kW toplotne energije.

Zatvoreni (close loop) sistem je sistem koji koristi petrogeotermalnu energiju. Sistem se sastoji od izvora energije (geotermalnih sondi) i toplotne pumpe zemlja-voda.

Geotermalna toplotna pumpa zatvorenog sistema u režimu grejanja funkcioniše tako što na primarnoj strani hladi radni fluid iz geosonde, a na sekundarnoj strani pomoću te oduzete energije greje vodu u sistemu grejanja objekta.