La differenza fondamentale tra refrigerazione e riscaldamento risiede nella direzione del trasferimento di calore. Entrambi si basano sul principio della pompa di calore (per apparecchiature come condizionatori d'aria e scaldacqua a pompa di calore) o sulla conversione di energia per soddisfare diverse esigenze di temperatura. La refrigerazione comporta l'"estrazione" di calore dallo spazio interno e il suo scarico all'esterno per abbassare la temperatura interna: attraverso il ciclo di evaporazione del refrigerante per assorbire calore (lato interno) e compressione per condensare e rilasciare calore (lato esterno), il calore in eccesso all'interno viene trasferito all'esterno, mantenendo un ambiente fresco, comunemente utilizzato per il raffreddamento in estate. Il riscaldamento è l'opposto: estrae calore dall'ambiente esterno (ambiente a bassa temperatura) e lo trasferisce all'interno per aumentare la temperatura: anche in condizioni esterne fredde, il refrigerante può ancora assorbire calore di bassa qualità dall'aria attraverso l'evaporazione, convertirlo in calore di alta qualità tramite la compressione del compressore, e quindi rilasciarlo attraverso lo scambiatore di calore interno per ottenere il riscaldamento in inverno; alcune apparecchiature utilizzano anche il riscaldamento ausiliario elettrico per generare direttamente calore supplementare. Inoltre, ci sono differenze nelle loro modalità di funzionamento e nel consumo energetico: in modalità di refrigerazione, il compressore e il condensatore dell'unità esterna funzionano a piena capacità; durante il riscaldamento, alcune apparecchiature devono attivare la funzione di sbrinamento. L'efficienza di riscaldamento delle pompe di calore in ambienti a bassa temperatura è solitamente superiore al riscaldamento elettrico diretto ma inferiore all'efficienza di refrigerazione. L'obiettivo principale di entrambi è regolare la temperatura dello spazio in un intervallo confortevole attraverso il trasferimento o la conversione di energia, con l'unica differenza nella direzione del flusso di calore.