Тепловые насосы «вода/ вода» используют тепло подпочвенных (грунтовых) вод, открытых водоемов или технологической охлаждающей воды. Грунтовые воды характеризуются достаточно стабильной температурой 6 .. 15°C в течение всего года. В сравнении с другими источниками низкопотенциального тепла, использование воды обеспечивает наиболее высокую эффективность теплового насоса.

Водяной тепловой насос скважинного типа
Для реализации таких систем применяются искусственно создаваемые колодцы и грунтовые скважины для теплового насоса: водозаборные и водоприемные. Вода, извлекаемая из скважины (колодца) подается в тепловой насос где, охлаждаясь, возвращается через водоприемные колодцы и скважины снова под землю.
Большим недостатком тепловых насосов, работающих с грунтовыми водами, является высокая стоимость работ по обустройству скважин и колодцев, а так же эксплуатационных затрат на подвод и отвод воды. Кроме этого, тепловые насосы такого типа периодически необходимо очищать от отложений в теплообменнике окислов железа и ила.
При проектировании систем использующих тепловые насосы со скважинами и колодцами  необходимо учесть требования, порой весьма жесткие, местных администраций в вопросах организации сточных вод.
Использование воды рек и озёр как источник тепла для теплонасосных систем имеет один существенный недостаток – чрезвычайно низкую температуру в зимний период (она может опускаться до уровня 0°C).
Морская вода может использоваться как источник тепла главным образом в средних и крупных системах. На глубине 25 .. 50 м морская вода имеет постоянную температуру в диапазоне 5 .. 8°C, и, как правило, проблем с образованием льда не возникает. Но стоимость таких систем очень большая по причине использования дорогого оборудования по забору воды и ее фильтрации. Для такой системы используются специальные тепловые насосы, которые не коррозирует от морской воды.
Примерами возможных источников низкопотенциального тепла можно так же считать канализационные очищенные и неочищенные сточные воды, промышленные водостоки, воды оборотных систем охлаждения промышленных предприятий, конденсаторов водяного пара, применяемых при производстве электроэнергии. Данные источники тепла интересны благодаря высокой температуре среды, но распространение систем такого рода ограничено необходимостью проектирование индивидуальных теплообменных поверхностей. Не маловажным фактором, тормозящим применение теплонасосных систем данных типов является чрезмерная загрязненность источника, это приводит к быстрому загрязнению теплообменников и как следствие уменьшению их эффективности. Решением этих проблем становятся частые плановые мероприятия по их очистке.