空氣源熱泵熱水器其主體是熱泵系統，以電能作為驅動力，利用制冷劑吸收環境中的低品位熱能，在熱泵循環中通過換熱器將該部分熱量傳遞給水來制取熱水，最后將熱水通過水循環系統送人用戶。水的加熱方式有兩種，一種是直接利用冷凝器的殼體作為貯水容器，使用時，將冷凝器內充滿水，待水溫上升到滿足使用要求后，即可以從冷凝器上部出水口放出熱水使用，下部進水口則自動補充冷水，這種方法適用于小型的家用熱水器。另一種方式是在冷凝器的一側設一個較大的貯水箱，貯水箱的水不斷由水泵送入冷凝器的下部，經加熱后由上部出來回到貯水箱，經過這樣不斷重復的循環，貯水箱里的水溫逐漸升高。

空氣源熱泵熱水器在低溫狀態下運行制熱，室外運行環境惡劣，當室外換熱器(制熱時起蒸發器作用)表面溫度低于空氣露點溫度且小于0℃時，室外換熱器表面會結霜，影響制熱效果和運行，霜與冰的形成和影響因素比較復雜，國內外關于常壓下結霜的傳熱傳質性能的研究已經比較多。目前，國內的熱泵系統除霜方式主要有以下幾種方式。

自然除霜：即當系統需要除霜時停止運行一定時間，利用周圍環境中的熱量，使蒸發溫度恢復到O℃以上，將結在換熱器表面的霜層融化掉，這是一種最簡單的方法。融霜結束后，重新啟動制冷系統進行工作。此除霜方式最大的優點在于方法簡單，且不消耗額外的能量。但這種除霜方式存在一定的缺陷，除霜時間越長則熱量損失越多，導致熱泵制熱效率下降。空氣源熱泵熱水器的蒸發器多以露天放置為主，在北方溫度較低的地區，冬季溫度大多能夠到達℃以下，無法采用此種方式進行除霜。

水沖霜：水沖霜是在冷卻盤管、肋片表面淋水以加熱管道。即使對于大容量盤管也能在很短的時間內把霜除去，但此種除霜方式對水資源的浪費較大，在北方地區溫度較低時，當淋水溫度過高時，淋水時產生的熱蒸汽會在用冷單元的表面上結露或結冰，增大冷單元表面的傳熱熱阻。并且，在淋水后如果不能及時把余水除凈，反而會在下一除霜進程中加快結霜的速度。

熱氣除霜：熱氣除霜是將壓縮機排氣通人蒸發器，利用排氣的熱量使其外壁積霜融化脫落，有些情況所使用的是熱氣的過熱部分的熱量，更多的情況是熱氣在蒸發器凝結，利用它的顯熱和潛熱除霜。熱氣除霜的優點在于霜層融化由內至外。

電加熱除霜：電加熱除霜是用電加熱提供化霜熱，多用在翅片管式冷風機上。電熱元件附在翅片上。化霜時，壓縮機和冷風機風扇停止運行，關閉電磁閥，電加熱器開始供電加熱化霜。化霜結束后，壓縮機啟動運行，加熱繼電器停止給電加熱器供電，電磁閥打開，制冷劑進入蒸發器。電加熱除霜具有系統簡單、除霜完全、實現控制簡單的優點，在小型裝置上廣泛采用，但缺點是耗電多，不宜在大型裝置上采用。