Pompa panas udara adalah salah satu pompa panas yang paling banyak dipasang di Jerman. Hal ini disebabkan oleh pemasangannya yang sederhana dan cepat serta biaya investasi yang relatif rendah. Pompa panas sumber udara konvensional mengekstrak panas dari udara luar dan menaikkannya ke suhu yang dibutuhkan melalui proses sirkuit refrigeran. Tergantung pada modelnya, peralatan dapat dipasang di luar ruangan atau di dalam ruangan. Dalam kasus peralatan monoblok yang dipasang di luar ruangan, sirkuit refrigeran sepenuhnya dibangun ke dalam pompa panas. Energi panas yang dihasilkan diangkut ke dalam gedung dengan air pemanas. Dengan pompa kalor terpisah, sirkuit refrigeran dipisahkan. Panas diangkut melalui saluran refrigeran ke bagian dalam gedung, tempat penukar panas evaporator berada. Ini menjamin bahwa unit luar ruangan bebas dari embun beku, bahkan jika terjadi kegagalan daya.
Bentuk khusus dari pompa panas sumber udara dikenal sebagai pompa panas udara ekstrak. Alih-alih udara luar ruangan, pompa panas ini menggunakan udara ekstrak dari ruangan, yang cenderung lebih hangat. Ini berarti kompresor memiliki lebih sedikit pekerjaan yang harus dilakukan untuk mencapai suhu yang dibutuhkan. Namun, volume udara biasanya terbatas, yang berarti operasi mode mono tidak memungkinkan. Biasanya, jenis pompa panas ini digunakan untuk beban panas yang sangat kecil.