室内游泳池蒸发到空气中潮湿温暖的空气通过回风管进入热泵恒温除湿机，空气流经蒸发器时热量传递给低温冷媒，此时空气温度降至露点以下，在蒸发器盘管上形成冷凝水流入收集盘中。液态冷媒流经蒸发器时吸收潮湿温暖空气中的热量自身蒸发成为气态后被热泵压缩机吸入，压缩机耗电压缩工作，把低温气态冷媒压缩成高温气态冷媒，压缩机排出高温冷媒是压缩机耗量产生的热量和从蒸发器侧回收空气的热量之和。
此时，压缩机排出的高温冷媒可以选择流经空气再加热盘管(再热冷凝器)、池水冷凝器、空调制冷冷凝器(选装)，制冷冷凝器可以是水冷或风冷式。需要对空气加热时，高温气态冷媒与来自蒸发器较冷的经过除湿的气流进行热交换，使空气温度升高给室内游泳馆供暖。需要对池水加热时，高温气态冷媒进入池水冷凝器与池水进行热交换实现泳池水加热恒温的目的。需要进行空气冷却，高温气态冷媒流向空调制冷冷凝器，让来自蒸发器的冷空气向室内游泳池提供空间冷却。
三集一体室内泳池恒温除湿热泵系统能够全部回收用于除湿所耗的热能，为运行这套系统所消耗的电能要少于回收的热能，每消耗1度电，可回收3到4千瓦热能。