Pompy ciepła wodne (typu woda-woda) charakteryzują się tym, że woda gruntowa jest bardzo dobrym nośnikiem ciepła ponieważ jej temperatura waha się w przedziale od 7 do 12°C. Ich zasada działania polega na pobieraniu wody gruntowej za pomocą studni eksploatacyjnej i dostarczaniu jej do pompy ciepła gdzie odbierane jest zawarte w niej ciepło. Następnie odpowiednio schłodzona woda zawracana jest z instalacji do studni spustowej. Pompa ciepła wodna nie różni się znacząco od gruntowej, zasadniczą różnicą jest rodzaj czynnika grzewczego: w tym przypadku jest to woda, a w gruntowym solanka. Ważnym aspektem w stosowaniu pomp ciepła wodnych jest sama woda. Musi ona spełniać odpowiednie warunki fizyko-chemiczne jak i temperaturowe (temperatura wody gruntowej nie może być mniejsza niż +7ºC).