O princípio de funcionamento do chiller com bomba de calor é dividido em duas partes principais: modo de resfriamento (ciclo de refrigeração) e modo de aquecimento (ciclo de aquecimento).
 Modo de resfriamento (Ciclo de refrigeração):
Compressor: 
   O gás refrigerante de alta temperatura e alta pressão da saída de descarga entra na válvula de reversão de quatro vias.
Condensador: 
   No condensador, o refrigerante libera calor e se condensa em líquido de alta pressão.
 Tanque receptor de líquido:
   O refrigerante líquido flui através da válvula unidirecional 1 para o tanque receptor de líquido.
Válvula de expansão:
   O refrigerante líquido de alta pressão passa pela válvula de expansão, reduzindo sua pressão e tornando-se líquido de baixa pressão.
Evaporador:
   O refrigerante líquido de baixa pressão entra no evaporador, absorve calor do ambiente e evapora em gás de baixa pressão.
Conclusão do ciclo: 
   O gás refrigerante de baixa pressão retorna ao lado de sucção do compressor através da válvula de quatro vias e do separador de líquido, completando o ciclo de refrigeração.
 
Chiller com bomba de calor (Ciclo de aquecimento):
Compressor:
   O refrigerante de alta temperatura e alta pressão da saída passa pela válvula de reversão de quatro vias para o trocador de calor em casco, onde se condensa em líquido de alta pressão.
 Tanque receptor de líquido:
   O refrigerante líquido de alta pressão flui através da válvula unidirecional 2 para o tanque receptor de líquido.
Válvula de expansão:
   O refrigerante líquido de alta pressão passa pela válvula de expansão, tornando-se líquido de baixa pressão.
Trocador de calor a aletas:
   O refrigerante líquido de baixa pressão entra no trocador de calor a aletas, absorve calor e evapora em gás de baixa pressão.
Conclusão do ciclo:
   O gás refrigerante de baixa pressão retorna ao sistema através da porta de sucção do compressor, completando o ciclo de aquecimento.