Das Funktionsprinzip eines Wärmepumpen-Chillers wird in zwei Hauptteile unterteilt: Kühlmodus (Kühlzyklus) und Heizmodus (Heizzyklus).
 Kühlmodus (Kühlzyklus):
Kompressor: 
   Das Hochtemperatur-, Hochdruck-Kältemittelgas vom Auslass strömt in das Vierwege-Umschaltventil.
Kondensator: 
   Im Kondensator gibt das Kältemittel Wärme ab und kondensiert zu einer Hochdruckflüssigkeit.
 Flüssigkeitsempfänger:
   Das flüssige Kältemittel fließt durch Rückschlagventil 1 in den Flüssigkeitsempfänger.
 Expansionsventil:
   Das Hochdruckflüssigkältemittel passiert das Expansionsventil, reduziert seinen Druck und wird zu einer Niederdruckflüssigkeit.
 Verdampfer:
   Das Niederdruckflüssigkältemittel tritt in den Verdampfer ein, nimmt Wärme aus der Umgebung auf und verdampft zu Niederdruckgas.
 Zyklusabschluss:
   Das Niederdruckgas-Kältemittel kehrt über das Vierwegeventil und den Flüssigkeitsabscheider zur Saugseite des Kompressors zurück und schließt den Kühlzyklus ab.
 
Wärmepumpen-Chiller-Heizer (Heizzyklus):
Kompressor:
   Das Hochtemperatur-, Hochdruck-Kältemittel vom Auslass strömt durch das Vierwege-Umschaltventil in den Rohrbündel-Wärmetauscher, wo es zu Hochdruckflüssigkeit kondensiert.
Flüssigkeitsempfänger:
   Das Hochdruckflüssigkältemittel fließt durch Rückschlagventil 2 in den Flüssigkeitsempfänger.
Expansionsventil:
   Das Hochdruckflüssigkältemittel durchläuft das Expansionsventil und wird zu Niederdruckflüssigkeit.
Lamellen-Wärmetauscher:
   Das Niederdruckflüssigkältemittel tritt in den Lamellen-Wärmetauscher ein, nimmt Wärme auf und verdampft zu Niederdruckgas.
Zyklusabschluss:
   Das Niederdruckgas-Kältemittel kehrt über die Saugöffnung des Kompressors in das System zurück und schließt den Heizzyklus ab.