污水源热泵的主要工作原理是借助污水源热泵压缩机系统，消耗少量电能，在冬季把存于水中的低位热能“提取”出来，为用户提供热水和热能，夏季则把室内的热量“提取”出来，释放到水中，从而降低室温，达到制冷的效果。其能量流动是利用热泵机组所消耗能量（电能）吸取的全部热能（即电能+吸收的热能）一起排输至高温热源，而起所消耗能量作用的是使介质压缩至高温高压状态，从而达到吸收低温热源中热能的作用。 

污水源热泵系统由通过水源水管路和冷热水管路的水源系统、热泵系统、末端系统等部分相连接组成。根据原生污水是否直接进热泵机组蒸发器或者冷凝器可以将该系统分为直接利用和间接利用两种方式。直接利用方式是指将污水中的热量通过热泵回收后送回储水箱；间接利用方式是指污水先通过热交换器进行热交换后，再把污水中的热量通过热泵进行回收并储存。
污水源热泵系统目前在国内主要有两种应用方式 ，一种是利用防堵机技术把污水过滤后直接进入热泵机组，此种是对污水的直接利用，污水直接利用，进入热泵机组的热源温度较高，从理论上，系统能效比较高；但是在实际应用中，防堵机和污水热泵需要经常清洗，防堵机和热泵机组都为电气机械产品，经常堵塞、腐蚀等问题，使得的系统运行寿命降低，且清洗时，系统不能运行。　　另一种污水的利用方式是，污水经过离心污水换热器，间接利用，离心污水换热器不存在堵塞及腐蚀且清洗周期较长，由于间接利用，中介质水为软化水，进入热泵机组，不影响机组的寿命，清洗周期较长。
直热式热泵，是指注入之水循环一次就被加热到设定的目标温度。循环式热泵，是指被加热的水反复多次循环才能被加热到设定的目标温度。

直热式：利用自来水具有的压力或者小功率水泵将冷水直接注入主机。循环式：水箱内热水进行循环，需采用功率较大水泵；在使用中为保证稳定恒温，需再加辅助水箱，主副水箱直接再设置一连接水泵，系统复杂费电。

当进水温度小于45℃的时候，直热式和循环式热泵具有相似的工况和能效。当进水温度高于45℃的时候，二者的工况则不完全相同：直热式：压缩机维持稳定的运行负荷，可长时间运行；冷媒能得到充分冷却，系统高压压力降低，压缩机克服系统压力所消耗的电能比较少，从而延长了压缩机的寿命。循环式：压缩机的工作温度和压力不断提高，压缩机的工作条件随着水温的不断提高随即变得恶劣，压缩机排气温度过高，使得压缩机面临更多的耗功、润滑发热油更容易碳化，热泵机组效率、安全性和使用寿命也随之下降。

污水源热泵最节能的关键在于提取和吸收污水中的热能，提供给污水源热泵机组，使其工况和能效比达到最佳。在供给污水源热泵吸能水温在30度时能效比高达6.5。所以污水先通过热交换器进行热交换后，再把污水中的热量通过热泵进行回收并储存。对热交换器要求比较高，在要求导热系数好的同时防腐蚀性也好。故现使用304不锈钢玻纹管放入污水池，不锈钢玻纹管达到导热系数高，换热面积增大，防腐蚀性等特点。1mm铜管总体换热系数为3682.4w/㎡.k。1mm不锈钢管总体换热系数为3460.4w/㎡.k。在壁厚相同的情况下，不锈钢管的总体传热系数比铜管低6%。由于使用比铜管薄的不锈钢管，不锈钢管的总体传热系数和凝结放热系数都比铜管大，使不锈钢管的总体传热系数得到提高。

随着运行时间的增长，铜管氧化层将越来越厚，传热效果会越来越差。而不锈钢基本不会氧化，或氧化速度很慢。因此，不锈钢管的换热器与铜管的换热 器如果同时投运，运行时间越长，不锈钢管的换热器的经济性将会比铜管的换热器越来越更好。同时，铜管对冷却水中的杂物的吸附能力比不锈钢管更强得多，大大 降低了设备的经济性。
直热式具有省电节能、舒适（水温恒定可调）等优点，更适应洗浴、酒店等热水舒适性要求高的场所。