高温循环工质是压缩式高温热泵的“血液”，蒸气压缩循环的关键工况点的设计与热泵工质的选型直接相关，而压缩机的选型与设计也需要首先确定热泵工质。热泵工质往往从制冷剂中选取，而制冷剂到目前为止已经经历了近200年的发展，在过去的200年中，由于需求的不同，对制冷剂的选型要求也一直变化。
在高温热泵系统中，对工质的选型要求大多也符合对制冷系统中制冷剂的要求。但是，热泵工质的压力温度工作范围往往更高，对热泵工质的热物理性质要求更好。同时在余热回收中的热泵系统与制冷系统相比，往往具有更高的容量，因而对工质的环保特性和经济性要求相应也会更高。
同时工质与润滑油混合后的热稳定性也是系统设计中需要重点考虑的因素。工质与润滑油混合物的性质将进一步限制压缩机的排气温度，过高的温度有可能引起润滑油和系统其他部件材料的化学分解或焦化。此外，热泵工质需要具有与金属材料或其他化学材料良好的相容性，避免在运行过程中降解。需要相容的常见材料有铝、钢、铜，以及聚合物等。
在当前的技术体系中，R134a和R245fa具有相对优异的热力学性能，已经在热泵系统中广泛应用。
临界温度为101.1°C，对蒸气压缩式热泵而言，当冷凝温度低于70°C时，R134a往往是比较合适的选择。
东京电力公司研制了以R134a为工质的离心式高温热泵，制取130℃的高温高压水及高温空气，用以木材干燥和变压器制造的工艺过程。该系统采用了跨临界多级循环流程，COP 达到3.0，与化石燃料锅炉相比，节省了27%一次能源消耗量，降低CO2 排放量达44%。
瑞士Friotherm公司开发了工质为R134a，最高冷凝温度为90°C，制热量范围为2 MW到20 MW的离心式高温热泵机组。
由于R134a的GWP达到1300，出于环境保护的考虑，已经被各国逐渐限制使用。
工业高温热泵中使用的主要工质，临界温度为154°C，对蒸气压缩式热泵而言，当冷凝温度低于125°C时，R245a往往是比较合适的选择。R245a具有较高的热稳定性和水解稳定性，但其GWP值为858，很可能在未来几年被淘汰(或降低)。
日本神户制钢所研制的系列蒸汽高温热泵，采用高压缩比高温适用的两级螺杆式压缩机，工质采用高温工质R245fa，热功率380~660kW，冷凝温度可达120°C，COP达到3.2，可对工厂内的温排水实施热回收，适用于食品、***、轻化工等工业的原料浓缩及干燥等多种工序。
工质的选择在蒸汽压缩热泵中起着关键作用。工质的特性不仅决定了蒸汽压缩热泵的性能，还对环境有较大影响。目前，工质选择原则优先考虑其全球变暖潜能(GWP)和臭氧消耗潜能 (ODP)，首选ODP值为零和GWP小于150的工质。基于这些要求，纯低GWP(GWP<150)工质，如天然工质、碳氢化合物(HCs)、低GWP氢氟碳化合物(HFC)、新型氢氟碳化合物(HFO)和氢氯氟烃(HCFOs)，被建议在蒸汽压缩热泵中推广使用。根据工业用热需求和各种蒸汽压缩热泵选项提供的输出温度范围，这些热泵在不同环境下的应用满足30-200°C的输出温度。
天然工质、合成氢氟烃(HFO)和氢氯氟烯烃(HCFOs)被认为是有望取代HFC的第四代低GWP工质。在高温热泵和有机朗肯循环(ORC)应用中，HFC-245fa的主要替代品是FO-1366mzz(Z)、 HFO-1234ze(Z)、HCFO-1233zd(E)、HCFO-1224yd(Z)以及碳氢化合物HC-601(正戊烷)和HC-600(正丁烷)。
适用于高温热泵的HFOs工质包括R1336mmz(Z)、R1336mmz (E)、R1234ze (E)和R515B等等。
R1336mmz(Z)具有相对较低的临界压力(29bar)，临界温度为171.3℃，该工质的安全分类为A1，ODP为零，GWP为2，大气寿命为22天。它在250°C以下稳定，因此适用于余热回收工业热泵和有机朗肯循环等应用，以替代R245fa。其同分异构体R1336mzz(E)的GWP约为18，临界温度为137.7°C。
R1234ze(E)的临界压力为36.3Bar，临界温度为109.4°C，该工质的安全分类为A2L，大气寿命为16.4天，ODP为零，GWP<1；R515B的临界压力为35.8Bar，临界温度为108.9°C，该工质的安全分类为A1，ODP为零，GWP为299。R1234ze(E)和R515B两种工质的热物性非常接近，基本可以共用相同的系统设计。R1234ze(E)和R515B适用于工业热泵的各种场景，以替代R134a。尤其在80°C～95°C温度区间，相比于R134a，R1234ze(E)和R515B的能效优势非常显著，更好的适用于各种热源需要。
适用于高温热泵的HCFOs工质包括R1233zd(E)与R1224yd(Z)。
在可用的HCFOs中，R1233zd(E)被认为是高温热泵的潜在工质。对臭氧层几乎无影响，ODP几乎为0且大气寿命短（6天），GWP为1，临界温度为166.5°C，临界压力为36.2bar，安全分类为A1。尽管R1233zd(E)在高温热泵应用中的实验案例比较少，但是其在有机朗肯循环（ORC）和离心冷水机组等应用领域大量应用，基于其在高温应用中具有优异的传热性能和显著的能效优势，因此适用于余热回收工业热泵、有机朗肯循环和离心冷水机组等应用领域，以取代R245fa。根据分析，与经典热泵工质相比，R1233zd(E)可以在COP和VHC之间做出很好的折衷，它的VHC高(当VHC是唯一标准时，它是热汇出口温度低于140°C的首选流体)，同时COP也很好，因此它可能是一种适合的流体，尤其适用于热源入口温度大于65°C的范围。HCFO工质R1224yd(Z)是一种A1安全等级的工质，主要用于透平式制冷机和余热回收热泵。由于ODP(大气寿命为21天)几乎为0，GWP值低于1，R1244yd(Z)对环境的影响很小。其物理性质与R245fa和R1233zd(E)非常接近。此外，它还与最常用的金属、塑料和弹性体具有良好的相容性，并且可与合成油(如POE)混溶。
适合高温热泵的天然工质有水(R718)、二氧化碳(R744)、氨(R717)、碳氢化合物等。
水工质有以下特殊优点：(1) 水的ODP为零，GWP<1，这意味着水是一种环境友好的工质，未来不会受到限制；(2) 自然界中有大量水，与任何其他种类的工质相比，水是最容易获得和最经济的工质，自来水、经处理的废水或经过粗过滤的河水都可直接用作补给水；(3) 无毒、不易燃、不易爆，不具有其他危险性质；(4) 水的化学性质非常稳定，长期使用不会分解；(5) 与丙烷、氨和二氧化碳相比，水的蒸发潜热和单位质量制热量较大；(6) 水的压差非常小，减少了安全预防措施；(7) 与其他工质相比，水具有较高的理论性能系数(COP)；(8) 以水为工质的系统可以使用直接热交换器进行蒸发和冷凝。水蒸气作为工质的缺点是其高比容、所需的高压比，以及由此产生的压缩机出口温度高。已经证明，这些技术挑战可以通过专门开发的压缩机来克服，尤其是带有级间冷却器的多级涡轮压缩机。在当今世界，COP高的制冷系统是主要目标，但它并不是决定使用哪种工质的唯一因素。ODP和GWP等环境参数正变得越来越严格。此外，还大量考虑了工质的经济成本和安全性能。就所有这些方面和上述特定操作条件而言，水是最好的工质。
二氧化碳热泵通常采用较小的尺寸。它们也在更大范围内被商业化。尽管低临界温度为31°C，高临界压力为73.6bar，二氧化碳热泵在跨临界循环中也能达到90至120°C的热汇温度。如果热汇的入口温度不远高于临界温度，CO2 作为高温热泵流体是可行的。气体冷却器中的高跨临界温度滑移使CO2 成为一种特别适用于热源和热汇温差大的场景的工质。
天然工质CO2 是第一代工质之一。在制冷与热泵领域，相比NH3 更安全。同时由于其高流体密度和高工作压力，可以使用更小型的热泵系统。其单位体积制冷量是CFC、HCFC、HFC和HC工质的3-10倍，在制冷循环中显示出巨大优势。对于制热，跨临界循环是使用最广泛的CO2 热泵配置。从CO2 的T-s和T-h图可以看出，在接近临界温度时，随着温度的降低，焓和熵急剧下降，提高了气体冷却器的加热性能。然而，CO2 的工作压力几乎是传统工质的5-10倍。所需的高温排放与高压有关，导致更高的压差。此外，巨大的压差导致膨胀过程中不可逆节流损失高，导致COP较低。
氨是一种实践良好的工质，具有优异的热力学和传输性能，已广泛应用于加热和冷却系统。
在美国，超过95%的工业制冷使用氨气，而且氨气在欧洲也占有很高的市场份额。尽管氨在一定浓度下有毒，但它有明显的刺鼻气味，泄漏时很容易察觉。由于氨(B2L)的毒性，必须采取某些安全预防措施。
由于氨具有较高的体积加热能力，因此在大规模需求中具有竞争优势。因此，体积小的压缩机足以满足相同的供热能力。同时，与其他工质相比，氨的成本更低。氨高温热泵的输出温度受高压特性的限制，例如，97.5°C下的饱和压力为60bar。大多数氨高温热泵的供应温度限制在90°C。最近，压缩机材料的改进使氨压缩机在更高排气温度(约110°C)下的压力增加到76bar成为可能。
碳氢化合物正丁烷(R600)和戊烷(R601)是ODP为零且GWP极低的工质。它们相对便宜，在38.0bar和33.7bar时的临界温度分别为152°C和196.6°C。R600被认为是供热温度为120°C的高温热泵蒸汽发生器的合适介质，该温度可通过成熟压缩机技术来实现。另一方面，由于易燃性高(A3)，必须采取特殊的安全措施，因此HCs一般被建议用于充灌量小的小型系统。根据EN378，实验室设备的HCs最大容量限制为150g，在受监督商业系统可达到2.5kg。
乙醇是一种在130°C到150°C冷凝温度和80K升程的单级循环中COP最高的工作流体。体积热容量(VHC)是所有分析流体中最小的，这使得压缩机尺寸显著增大，因此意味着部件的采购成本更高。
在假设提升温度为80K的情况下，对于所有考虑的蒸发温度值，乙醇具有最少的火用损。乙醇是唯一一种性能系数随冷凝温度增加而增加的流体。高临界温度和饱和曲线的形状允许该流体在110°C的蒸发温度下达到最大COP。
对于未来可用的替代工质应当在综合考虑工质本身的性质、热泵系统的节能性、环保性、安全性、经济性等各方面的性质下做出选择。从目前的技术发展状况看，国际上在各个产品领域采用何种替代技术路线仍存在诸多争议，但是更低GWP 的工质在全球范围内的应用推广将是必然的趋势。下表给出了工业热泵用工质的参考替代路线表。