直熱式空氣源熱水器與循環式空氣源熱水器最大的區別就是前者是直接將冷水一次性加熱到設定的溫度，而循環式空氣源熱水器則是通過不斷地循環使溫度逐漸上升最終達到設定的溫度。直熱式空氣源熱水器與循環式空氣源熱水器的制熱能力基本相等，只是直熱式空氣源熱水器適用於有更高要求的用戶。
直熱式空氣源熱水器在工作時，系統內的電控系統會根據機器的出水溫度來調節水閥開關開合度的大小來實現的水溫控制了，如果水溫過高，系統會將水閥的開度適當調大，這樣水溫就會逐下降，反之則上升。這樣直熱式空氣源熱水器就實現了一直源源不斷地製造恆溫熱水功能。
直熱式空氣源熱水器主要適用於酒店，賓館等不定時用熱水的場合。