En varmepumpe er en maskine, som kan opbygge og opretholde en temperaturforskel ved hjælp af den energi, den får tilført udefra. En varmepumpe kan f.eks. bruges til at holde et køleskab koldere end omgivelserne, eller den kan holde rummene i et hus varmere end omgivelserne. Jo større en temperaturforskel, varmepumpen skal opretholde, desto mere energi skal varmepumpen tilføres.

Princippet i en varmepumpe er, at luftarter opvarmes ved sammenpresning (som i en cykelpumpe) og afkøles ved udvidelse (som når man slipper luft ud af et dæk eller en tryktank). I varmepumper bruges normalt ikke luftarter, men væsker, der hurtigt kondenserer ved kompression og hurtigt fordamper igen ved et trykfald. Det gør dem meget effektive til at optage og afgive varme.

I et vedvarende energisystem kan varmepumper bruges til at gøre forholdet mellem varme- og elproduktionen meget fleksibelt. Det kan gøres ved at koble store, eldrevne varmepumper til fjernvarmeforsyningen, f.eks. som en del af biogas- eller biomassefyrede kraftvarmeværker. I perioder med et stort varmebehov i forhold til elforbruget, kan en større eller mindre del af den producerede el fra kraftvarmeværket og fra de andre elproducerende enheder som vindmøller, bølgekraftanlæg osv. bruges i varmepumpen. Er elproduktionen stor i forhold til elforbruget, f.eks. i blæsende efterårsnætter, kan man helt standse kraftvarmeværkerne og lade varmepumperne varetage varmeforsyningen alene. På den måde kan man spare værdifuld biomasse.

Indsætter man sæsonvarmelagre i fjernvarmenettet, kan man bruge varmepumper til at øge vandtemperaturen fra disse lagre, når vandet skal bruges til fjernvarme. Det betyder dels, at varmepumper bruges effektivt, fordi de ikke skal øge vandets temperatur særlig meget, dels, at varmelagrene kan bruges mere effektivt over en længere del af året.