Ilmajäähdytteisen vedenlämmittimen toimintaperiaatteena on puristaa matalapaineinen kylmäaine korkean lämpötilan ja korkeapaineiseksi kaasuksi kompressorin läpi ja siirtää sitten lämpöä vesisäiliön veteen lauhduttimen läpi. Kylmäaine muuttuu nestemäiseksi jäähdytyksen jälkeen, ja sitten tulee höyrystimeen laajennusventtiilin läpi. Nestemäinen kylmäaine haihtuu nopeasti höyrystimessä ja imee paljon lämpöä, ja lopulta kylmä ilma puretaan tuulettimen läpi. Koko prosessi soveltaa käänteistä Carnot-periaatetta, joka absorboi matalan lämpötilan lämpöenergiaa ilmassa, puristaa sen korkean lämpötilan lämpöenergiaksi ja siirtää sen veteen vesisäiliössä, lämmittäen vettä.
