一臺完整的節能熱水器包含2個主要部分：製造冷氣部分和加熱熱水部分。但其實這兩個部分又是緊密的聯絡在一起的，密不可分，必須同時工作。即在加熱熱水的同時，給廚房製冷。或者說在給廚房製冷的同時也在加熱熱水。
其內部結構主要由四個核心部件：壓縮機，冷凝器，膨脹閥，蒸發器組成。其工作流程是這樣的：壓縮機將回流的低壓冷媒壓縮後，變成高溫高壓的氣體排出，高溫高壓的冷媒氣體流經纏繞在水箱外面的銅管，熱量經銅管傳導到水箱內，冷卻下來的冷媒在壓力的持續作用下變成液態，經膨脹閥後進入蒸發器，由於蒸發器的壓力驟然降低，因此液態的冷媒在此迅速蒸發變成氣態，並吸收大量的熱量。同時，在風扇的作用下，大量的空氣流過蒸發器外表面，空氣中的能量被蒸發器吸收，空氣溫度迅速降低，變成冷氣排進廚房。隨後吸收了一定能量的冷媒迴流到壓縮機，進入下一個迴圈。
由以上的工作原理可以看出，節能熱水器的工作原理與空調原理有一定相似，應用了逆卡諾原理，通過吸收空氣中大量的低溫熱能，經過壓縮機的壓縮變為高溫熱能，傳遞給水箱中，把水加熱起來。整個過程是一種能量轉移個過程(從空氣中用轉移到水中)，不是能量轉換的過程，沒有通過電加熱元件加熱熱水，或者燃燒可燃氣體加熱熱水。