地源热泵系统是一种高效的供暖与空调系统，它从常温土壤或地下水等自然资源中提取或存储能量，实现冬夏两季冷热源的转换。在炎热的夏季，该系统能够通过机组将室内的热量传输至地下，进而为房间降温并储存热量以备冬季使用；而在寒冷的冬季，它又能将地下的热量转移到房间内供暖，并储存冷量以备夏季使用。大地土壤成为了一个免费的能量存储库，实现了季节性能量的转换。
冬季地源热泵工作原理详述：在冬季，制冷剂在热泵中正向流动，高温高压的R22气体由压缩机后进入冷凝器，向集水器中的水释放热量，相变为高温高压的液体。随后，该液体经过热力膨胀阀节流降压变为低温低压的液体，并进入蒸发器。从地下循环液中吸取低温热能后，相变为低温低压的饱和蒸汽，再被压缩机吸入并高温高压气体，完成一个循环过程。这样反复循环，就能将地下的低温热能“搬运”到集水器中，持续为用户提供45℃-50℃的热水。
夏季地源热泵工作原理同样独特：在炎热的夏季，制冷剂在热泵中逆向流动。原本作为冷凝器与用户换热的设备此时变为蒸发器，从集水器中的低温水（7℃-12℃）中提取热能。与此与地下循环液换热的蒸发器则变为冷凝器，向地下循环液排放热量。循环液中的热量再向地下低温区域传播，如此循环往复，就能连续为用户提供7℃-12℃的冷水。
该系统主要由室外地能换热系统、地源热泵机组和室内采暖空调末端系统三部分构成。其中，地源热泵机组主要有水—水式和水—空气式两种形式。这三个系统通过水或空气作为换热介质进行热量的传递。地源热泵与地能之间的换热介质为水，而与建筑物采暖空调末端换热介质则可以是水或空气。
关于其优点
- 它是可再生能源利用技术的典范。
- 高效节能：地源热泵利用地球浅层地热资源（通常小于400m深）作为冷热源进行能量转换，地表浅层地热资源被视为清洁的可再生能源。
- 运行费用低廉：由于地能温度相对稳定，地源热泵的运行效率比传统空调系统高出40%左右，从而大大节省了运行费用。
- 环境友好：与空气源热泵相比，地源热泵的污染物排放量减少了40%以上；且运行过程中没有任何污染，可建造在居民区内而无需远距离输送热量。
- 一机多用：地源热泵系统不仅可供暖制冷，还可提供生活热水，一套系统可替代原有的锅炉加空调两套装置。
- 自动运行：地源热泵机组的工况稳定、运行简单可靠、维护费用低且使用寿命长。
如同任何技术一样，地源热泵也存在一些限制和挑战。
关于其缺点
- 受地质条件限制：虽然理论上地源热泵可以利用各种土壤和水资源，但在实际运用中不同地质条件下的利用成本差异较大。
- 水源条件限制：对于开式系统来说，必须找到合适的水源且满足一定的温度、水量和清洁度要求。
- 投资经济性：地源热泵的投资经济性受到地区、用户、能源及地质条件等多种因素的影响。
- 地质结构与水资源影响：在地下抽水回灌的使用中需考虑地质结构与土壤条件是否适合回灌。