Im zukünftigen Energiesystem kommen Wärmepumpen in unterschiedlichen Anwendungsfällen zum Einsatz. Im Gebäudebereich können Wärmepumpen in Kombination mit verschiedenen Heizungssystemen und in unterschiedlichen Größenordnungen sowohl im Neubau als auch im Bestand eingesetzt werden. Zur Bereitstellung von Fernwärme sowie bei der Versorgung zusammenhängender Quartiere und großer Gebäudekomplexe kommen Großwärmepumpen mit Leistungen von bis zu mehreren Megawatt zum Einsatz. In der Industrie können Hochtemperatur-Wärmepumpen zur Bereitstellung von Prozesswärme (Stand der Technik: bis 160 °C; im Pilotmaßstab aktuell bis zu 300 °C) zum Beispiel zur Dampferzeugung eingesetzt werden.
Die Voraussetzung zum klimafreundlichen Betrieb von Wärmepumpen ist grüner Strom. Um den Hochlauf der Wärmepumpe in Nordrhein-Westfalen zu beschleunigen und den qualitativen Anforderungen gerecht zu werden, ist eine landesweite Wärmepumpenoffensive geplant