Die meisten Wärmespeicher speichern fühlbare Wärme, wodurch das Speichermedium bei Wärmezufuhr an Temperatur gewinnt. Latentwärmespeicher hingegen verwenden spezielle Phasenwechselmaterialien, die latente Wärme aufnehmen können. Diese Materialien erleben bei Wärmezufuhr keine direkte Temperaturänderung, sondern durchlaufen eine Phasenumwandlung.
Die Temperatur des Speichermediums bleibt während der Phasenumwandlung konstant, bis der gesamte Speicher den Vorgang abgeschlossen hat. Erst dann steigt die Temperatur an, wenn der Speicher voll ist. Beim Entladen des Latentwärmespeichers erfolgt die Phasenumwandlung umgekehrt, wobei die Temperatur erneut unverändert bleibt, bis der Speicher entladen ist.
Es gibt Situationen, in denen die Temperatur beim Entladen vorübergehend unter die Lade-Temperatur fällt. Zudem kann die Temperatur des Mediums (z. B. Wasser), das für die Wärmezufuhr oder -abfuhr genutzt wird, aufgrund von Temperaturgradienten im Wärmeübertrager von der Arbeitstemperatur des Speichers abweichen.