污水源热泵的工作过程分为制冷和制热两种模式，具体如下：
制热模式
污水循环：温度相对较高的污水（如 13.0℃左右）在污水泵的作用下，被提升进入无堵塞高效换热的污水换热器，在换热器中向清洁水释放热量，释放一定温差（5.3℃左右）的热量后，以 7.7℃左右的温度排放至下游，完成污水循环。
中介循环：9.3℃左右的清洁水经中介泵输送，通过特定阀门进入热泵机组的蒸发器，在蒸发器中向热泵机组内的制冷剂释放热量，温度降低至 4℃左右后，再次进入污水换热器进行吸热，如此形成封闭的中介循环，不断将污水中的热量传递给热泵机组。
末端循环：45℃左右的系统水经系统循环泵输送，通过阀门进入热泵机组的冷凝器，吸收热泵机组从低温处转化来的高温热量，温度提升至 50℃左右后，进入末端散热设备，将热量释放到建筑空间，实现为建筑物供热，完成末端循环。
制冷模式
污水循环：温度相对较低的污水（如 24℃左右）在污水泵的作用下，进入污水换热器，从清洁水中吸收热量，吸收 8℃左右温差的热量后，以 32℃左右的温度排放至下游，实现污水循环，完成从系统中吸收热量的第一步。
中介循环：29.5℃左右的清洁水经中介泵输送，通过特定阀门进入热泵机组的冷凝器，吸收系统水从建筑物中吸收的热量，温度升高至 37.5℃左右后，进入污水换热器进行放热，形成封闭的中介循环，持续将建筑物中的热量传递给污水。
末端循环：12℃左右的末端系统水经末端泵输送，通过阀门进入热泵机组的蒸发器，向制冷剂释放热量后温度降低至 7℃左右，再进入末端散热设备，从建筑空间吸收热量，从而降低室内温度，实现制冷效果，完成末端循环。