Latentwärmespeicher funktionieren durch die Ausnutzung der Enthalpie thermodynamischer Zustandsänderungen eines Speichermediums. Das dabei am häufigsten genutzte Prinzip ist die Ausnutzung des Phasenübergangs fest-flüssig und umgekehrt (Erstarren-Schmelzen).

Beim Aufladen des Inhalts kommerzieller Latentwärmespeicher werden meist spezielle Salze oder Paraffine als Speichermedium geschmolzen, die dabei sehr viel Wärmeenergie (Schmelzwärme) aufnehmen, wie z. B. Natriumacetat. Das Entladen findet als Erstarren statt, wobei das Speichermedium die zuvor aufgenommene große Wärmemenge als Erstarrungswärme wieder an die Umgebung abgibt.

Die derzeit am Markt erhältlichen PCM Speichersysteme für Haushalte arbeiten meist auf Paraffinbasis, da Paraffin eine hohe Schmelzenthalpie aufweist und nicht korrosiv wirkt, wie es etwa bei der Verwendung von Salzhydraten der Fall ist. Außerdem kommt es bei Paraffinspeichern nicht zu Unterkühlungen der Salzhydratschmelze, womit es auch keiner Vorrichtungen zur Durchmischung des Speichermediums oder zum Auslösen der Kristallisation bedarf. Latentwärmespeicher können bei gleichem Volumen die doppelte bis dreifache Menge an Wärme speichern wie ein vergleichbarer Wasserpuffer.

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