Podstawowa różnica między chłodzeniem a ogrzewaniem polega na kierunku przepływu ciepła. Oba procesy opierają się na zasadzie pompy ciepła (w przypadku urządzeń takich jak klimatyzatory i podgrzewacze wody z pompą ciepła) lub konwersji energii, aby zaspokoić różne potrzeby temperaturowe. Chłodzenie polega na "odbieraniu" ciepła z pomieszczenia i odprowadzaniu go na zewnątrz, aby obniżyć temperaturę wewnątrz: poprzez cykl parowania czynnika chłodniczego, który pochłania ciepło (po stronie wewnętrznej), a następnie sprężania, kondensacji i oddawania ciepła (po stronie zewnętrznej), nadmiar ciepła z wnętrza jest przenoszony na zewnątrz, utrzymując chłodne środowisko, co jest powszechnie stosowane do chłodzenia latem. Ogrzewanie działa odwrotnie – odbiera ciepło z zewnątrz (środowisko o niskiej temperaturze) i przenosi je do wnętrza, aby podnieść temperaturę: nawet w niskich temperaturach zewnętrznych czynnik chłodniczy może nadal pochłaniać niskotemperaturowe ciepło z powietrza poprzez parowanie, przekształcać je w wysokotemperaturowe ciepło za pomocą sprężarki, a następnie oddawać je przez wymiennik ciepła wewnątrz pomieszczenia, aby osiągnąć ogrzewanie zimą; niektóre urządzenia wykorzystują również elektryczne ogrzewanie pomocnicze do bezpośredniego generowania dodatkowego ciepła. Ponadto istnieją różnice w trybach pracy i zużyciu energii: w trybie chłodzenia sprężarka i skraplacz jednostki zewnętrznej pracują z pełną mocą; podczas ogrzewania niektóre urządzenia muszą aktywować funkcję odszraniania. Wydajność grzewcza pomp ciepła w niskich temperaturach jest zazwyczaj wyższa niż bezpośredniego ogrzewania elektrycznego, ale niższa niż wydajność chłodnicza. Głównym celem obu procesów jest dostosowanie temperatury w pomieszczeniu do komfortowego zakresu poprzez transfer lub konwersję energii, przy czym jedyną różnicą jest kierunek przepływu ciepła.