Tepelné čerpadlá voda-voda využívajú ako zdroj tepla tepelnú energiu uloženú v podzemnej vode. Spolu s ostatnými tepelnými čerpadlami patrí tepelné čerpadlo voda-voda k najmodernejším a najekologickejším vykurovacím systémom. V súčasnosti je spolu s tepelným čerpadlom zem-voda najúčinnejším tepelným čerpadlom. V kombinácii s fotovoltickým systémom na výrobu elektrickej energie na prevádzku čerpadla môže tepelné čerpadlo voda-voda fungovať klimaticky neutrálne, a preto sú tieto systémy podporované aj štátnymi dotáciami.
Tepelné čerpadlá voda-voda dokážu vykurovať, pripravovať teplú vodu a chladiť. Na ich prevádzku sú potrebné dva vrty, ktoré si vyžadujú povolenie: Sací vrt nasáva podzemnú vodu, ktorej teplo sa využije a ochladená voda sa odvádza do absorpčnej studne. Zachytené teplo podzemnej vody sa dostáva do výmenníka tepla, ktorý ho odovzdáva cirkulujúcemu chladivu. Chladivo sa zohrieva, odparuje a pary sa následne stláčajú v kompresore, čím sa ešte zvýši teplota. Cez ďalší výmenník tepla sa teplo odovzdáva do zásobníkov tepla na vykurovanie a prípravu teplej vody v domácnosti. Chladivo ešte stále v plynnom skupenstve sa dekomprimuje, skvapalňuje a dokáže opäť absorbovať teplo. Pri chladení je cyklus opačný. Nenáročné tepelné čerpadlá voda-voda nezaberajú v dome viac miesta ako chladnička a sú rovnako tiché.