La pompe à chaleur à moteur à gaz est le système le plus proche de la pompe à chaleur électrique. La chaleur environnementale est portée d’un bas niveau de température à une température plus élevée au moyen d'un circuit frigorifique.

Dans ce circuit hermétique, le compresseur, entraîné par un moteur à gaz, élève la pression et la température du fluide frigorigène à l'état gazeux en le comprimant. le fluide frigorigène passe ensuite dans le condenseur dans lequel il restitue la chaleur en passant de l'état gazeux à l'état liquide. Le liquide passe ensuite dans le détendeur ou sa pression est réduite puis dans l'évaporateur ou le fluide frigorigène s'évapore en prélevant la chaleur de la source environnementale. Le circuit recommence alors dans le compresseur.

Tout comme le moteur d’une voiture, le moteur à gaz émet de la chaleur. Or, cette chaleur n’est pas perdue, elle est récupérée et utilisée elle aussi pour le chauffage ou l'eau chaude sanitaire. Ce procédé de "pompage" de chaleur peut également être inversé, la même machine devenant alors une machine de froid qui peut être utilisée par exemple pour le rafraîchissement des locaux.