Pri tomto systéme je obyčajne zdrojom tepla podzemná voda. Pre vybudovanie primárneho okruhu tepelného čerpadla budeme potrebovať dve studne, odbernú a vsakovaciu.
Podzemná voda je odoberaná zo studne ponorným čerpadlom s malým elektrickým príkonom. Teplota podzemnej vody je bežne v rozmedzí 8 až 12 °C a s výdatnosťou cca 0,4 až 0,8 l/s na 10 kW tepelného výkonu. Voda preteká cez výmenník tepla – výparník, pričom sa v tepelnom čerpadle ochladí o niekoľko stupňov. Mierne ochladenú vodu vrátime naspäť do podložia vypúšťaním do vsakovacej studne. Získanú energiu tepelné čerpadlo využije a odovzdá prostredníctvom výmenníka tepla-kondenzátora vykurovaciemu médiu.
Pre zabezpečenie projektovaného výkonu tepelného čerpadla je potrebné preukázať výdatnosť, kvalitu a teplotu vody na základe hydrogeologického prieskumu.
Podzemná voda je z hľadiska svojej celoročnej, pomerne vysokej, stabilnej teploty veľmi vhodným zdrojom tepla.O koľko je menší rozdiel medzi teplotou zdroja energie, v tomto prípade podzemnej vody, a teplotou odovzdávanou do vykurovacieho okruhu (napr.podlahové vykurovanie), o toľko menej elektrickej energie je potrebné dodať na chod tepelného čerpadla.
Tepelné čerpadlá v systéme voda/voda dosahujú vysoké výkonové čísla a pracujú s najvyššou efektívnosťou.