空氣能熱水器是按照“逆卡諾”原理工作的，具體來說，就是“室外機”作為熱交換器從室外空氣吸熱，加熱低沸點工質（冷媒）并使其蒸發，冷媒蒸汽經由壓縮機壓縮升溫進入水箱，將熱量釋放至其中的水并冷凝液化，隨后節流降壓降溫回到室外的熱交換器進入下一個循環。簡單來說是吸收空氣中的熱量來加熱水，被吸收熱量的空氣也可被運用到廚房，解決悶熱問題。
運用熱泵工作原理制熱，與空調制冷相反——國家制冷標準是1000瓦，電制冷2800瓦。根據熱平衡的原理，同時最少產生2800瓦的熱量，加上輸入的1000瓦電，實際產生的熱量在3000——4000瓦，把這些熱量輸送到保溫水箱，其耗電量只是電熱水器的四分之一（電熱水器即使熱效率，輸入1000電也只有1000瓦的熱）。
電熱熱水器存在漏電的隱患，燃氣熱水器存在煤氣中毒的憂患，和這兩種熱水器相比，空氣能熱水器通過介質換熱，避免了電加熱元件和水直接接觸，這樣一來就解決了電熱熱水器存在的漏電隱患，其次，因為原料是空氣，因此也排除了燃氣熱水器煤氣爆炸或者煤氣中毒的可能性，讓人們使用得更加舒適無憂。
太陽能熱水器比較
兩者都是利用空氣能和太陽能這兩種大自然可再生能源進行工作的。那兩者之間區別在哪？
在一年四季包括冬天日照時間充足的話，太陽能熱水器的效果非常明顯，而如果遇上長時間的雨雪陰天的話。太陽能熱水器就體現不出制熱效果來了。而空氣能熱水器就不會受到天氣和季節的影響。它可以隨時給用戶提供熱水。說白了，就是有空氣的地方空氣能熱水器就能有熱水!