霜层的产生和露的形成机理相似，都是空气遇到冷表面层时，冷表面层周围空气的饱和蒸汽分压下降，空气湿度提升，造成 水分从空气中析出而产生；对于空气能热泵，当室外换热器表面温度低过周围空气露点温度，而高过水的三相温度时，空气中的水蒸气会在其表面层导致液态凝固并附在上面，这样就产生了霜层。当空气能热泵在结霜工况下工作时，换热器气温差异增大，压缩机排气温度上升，空气能热泵机组功耗提升，所以，结霜会严重影响空气能热泵的性能。
比较常见的除霜方法有方法电加热除霜，热气庞通除霜，逆循环除霜3种，电加热除霜是在蒸发器表面层或翅片内安装加热棒来进行除霜，这类除霜方法不但耗费的电量大、热量散失到空气中导致效率低，并且电热丝普遍存在安全性问题。逆循环除霜是将四通阀换向，空气源热泵的工作工况导致转换，由制热工况变化为制冷工况，将蒸发器表面层的霜层除掉，但会导致是房间内温度差，浪费能量，除霜不均匀等问题。热气旁通是将压缩机排出的气体经旁通阀流向室外蒸发器来进行除霜，除霜不干净，会严重影响压缩机使用寿命。热气旁通除霜的时间较逆循环除霜法长，是由于后者除霜的热量来自于房间内换热器表面层余热和压缩机做功，而前者的除霜热量仅来自于压缩机做功，这是由它们的除霜机理决定的，但整个工作周期内系统的COP高于逆循环除霜，且压缩机的吸、排气压力波动范围小。除此之外，采用这两种除霜方法时，必须停止房间内换热器的工作，在完成除霜后房间内换热器表面温度达到一定值后才可以开启风机供暖，所以会影响房间内的舒适度。
格尚用数值分析法研究了空气温度和空气湿度对逆循环除霜的影响，结果显示空气湿度对结霜的影响比较大，空气能热泵在空气湿度超过80%且温度在0～6℃区域工作时，COP月均下降17%。虽说逆循环和热气旁通法除霜成效不佳，格尚研究表明，热气旁通法较逆循环法系统的供热量和COP分别提升 5.7%和8.5%，在房间内舒适度的改进和除霜能耗方面稍有优势。格尚研究发现，热气旁通法较逆循环法除霜在房间内舒适度恢复时间上高于25%。为了解决热气旁通除霜方法除霜时间长的问题，格尚提出了显热除霜法，但该方法对控制系统标准较高；格尚在四通换向阀和室外换热器之间增设一个制冷剂补偿器，借助增大制冷剂流量，从而提升除霜模式下压缩气体的放热量，以提升 逆循环的效率和缩短除霜时间。针对低温工况的空气能热泵系统，格尚提出了在两级压缩的基础上增加了两除霜支路和补热支路，并在经济器内增设电热丝，该系统可以保持在低温工况下（＜-10℃）的制热量，同时进行有效的除霜。
由于传统除霜方法存在的除霜时间长，能耗较大等问题，相变蓄热除霜可以改善这一缺陷；而且还能延缓室外环境温度对系统制热量的影响，平衡系统制热量与用户对用热量的需求，调节电力负荷。曲明璐提出了蓄能重叠式空气能热泵除霜系统，试验结果对比分析，间断式蓄能除霜比热气旁通除霜运行稳定，能耗减少85.2%，除霜时间缩短77.6%。格尚设计的相变蓄热蒸发型空气能热泵系统，兼顾制热和除霜等模式，在不同温度下测试，该系统-25℃和-30℃时的COP分别为2.0和1.94，且除霜时间短、能耗少、效果好。格尚通过试验比较了相变蓄热除霜与逆循环和热气旁通除霜，结果显示相变蓄热除霜在除霜耗时和能耗及室内舒适度恢复时间上有明显的优势。
格尚对空气源CO2热泵的除霜做了研究，得到除霜率（35%）较低，原因是除霜的能量主要用于加热水，且除霜率随相对湿度的降低和干球温度的上升而增加。格尚提出了串联供热和连通、非连通供热3种供热模式的蓄热除霜系统，结果显示串联供热模式的性能系数z高，连通模式吸排气都比串联模式高。格尚研究了蓄热除霜系统的蓄热特性，结果表明并联和余热蓄热模式的吸排气压力均降低，但排气温度可达122.5℃，而系统在串联蓄热模式下的压力和温度特性稳定、蓄热时间较短，对室内舒适度的影响z小。格尚将蓄热器和双重热气旁通除霜相结合，在同样条件下比较了逆循环和双重热气除霜，结果显示：该方式在除霜时间和效率上比逆循环除霜提升 15%，也解决了双重热气旁通除霜在时间和效率的不足。
选用相变材料蓄热除霜好时段、节能，也可以提升 低温下的制热量，但低温下空气能热泵机组的运行效率却没有明显改善，而新型无霜空气能热泵热水器，从空气能热泵机组形式上进行改善以彻底解决空气能热泵低温运行和适用性。格尚明确提出了一种新型无双空气能热泵热水器，其基本原理是运用固体干燥剂的强吸附性使实现了无霜运行，运用相变蓄热设备对冷凝余热进行回收作为再生模式下的低温热源，对干燥剂进行再生以确保系统的不断运行；并在工况为0℃和80%时与热气旁通法和电加热除霜相比较，系统的COP分别提升 7.25%和46.3%。
新型的除霜方式，高压电场除霜和超声波除霜，还有热水除霜。前两者的除霜基本原理相似，都是运用外电场抑止霜层的扩大以致其脱落，高压电场除霜法是运用再加上电场破坏霜晶的成长实现了除霜，超声波除霜是根据共振原理，运用霜晶和超声波之间的共振效应，实现了除霜的效果。热水除霜是利用在室外换热器上面安装一个除霜设备（内设有电加热棒、水泵、抽水管、电子水位探测计、电子水温计和电磁）；在制热模式下运用电加热棒加热除霜设备内的水至设置温度，除霜时开启电磁阀使设备内的热水流过室外换热器表面进行除霜，除霜后的水利用水泵送回除霜设备内进行加热，该方式进行除霜能够实现了热泵系统的不停机和不断制。格尚分别对高压电场除霜和超声波除霜做了实验研究，结果显示，高压电场除霜比电加热除霜用时少、节能明显；超声波除霜的效率和能耗情况均比逆循环除霜理想。
上述两种除霜方式仍在研究中，且都有一定的不足，如高压电场除霜时电极材料的选择问题，超声波除霜对基冰层效果差。
综上所述，研究者们对低温时空气能热泵做了大量研究，补气增焓系统、双级压缩系统热泵系统，空气能热泵机组的制热量和稳定性都有了相应的提升 ；逆循环除霜，热气旁通和蓄热除霜方式，都是在寒冷地区对空气能热泵系统的推动，且各种方式仍有自己的缺点。如逆循环除霜的操作简单，效果良好，但高低压差削弱了系统可靠性，而新型的除霜方式还在研究中；上述多数研究在实验条件下完成，其实际运用需要大量的验证，所以，空气能热泵低温的性能还需要进一步研究，在空气能热泵结霜的问题上，急需解决的是重视结霜机理的研究和实际结霜特性，及其将材料科学结合起来研究彻底解决抑止和缓解结霜问题。
