Podobnie jak w przypadku gruntowych pomp ciepła, jak również pozostałych urządzeń chłodniczych, jak lodówki i klimatyzatory, pompa ciepła typu woda/woda czyni użyteczną energię cieplną o niskiej temperaturze (woda gruntowa lub ciepło odpadowe), przenosząc tę energię na wyższy poziom temperatury. Czynnikiem, który przenosi ciepło jest zazwyczaj woda.
Ciepło z wody gruntowej:
Pompa ciepła typu woda/woda bazuje na dwóch zasadach: 1. Temperatura, przy której ciecze odparowują, względnie gazy kondensują, jest zależna od ciśnienia. 2. Ciecz pobiera ciepło z otoczenia podczas parowania – także wtedy, gdy jej temperatura pozostaje przy tym stała; kondensujący gaz oddaje ciepło.
Dzięki obiegowi w pompie ciepła typu woda/woda cyrkuluje tak zwany czynnik chłodniczy. Obieg pompy składa się ze sprężarki i zaworu rozprężnego, jak też z kondensatora skonfigurowanego jako wymiennik ciepła i z parownika, które stykają się z rezerwuarem ciepła (niska temperatura) i medium grzewczym (wyższa temperatura).
Czynnik chłodniczy jest kompresowany w sprężarce i skrapla się w kondensatorze oddając ciepło do systemu grzewczego. Potem przechodzi przez zawór dławiący, po czym przy niskim ciśnieniu przyjmuje w parowniku gazowy stan skupienia i pobiera ciepło ze źródła ciepła. Ostatecznie czynnik chłodniczy w gazowym stanie skupienia jest ponownie kompresowany w sprężarce, a cykl zaczyna się od nowa. Aby sprężyć czynnik chłodniczy, silnik elektryczny lub spalinowy musi wykonać mechaniczną pracę w sprężarce.
Jeśli pompa ciepła typu woda/woda pracuje z wodą gruntową, to są wiercone dwie studnie: czerpna i zrzutowa. Muszą znajdować się w określonym odstępie od siebie, aby nie dochodziło do ochładzania wody w studni czerpnej. Woda gruntowa ze studni zasilającej jest albo przeprowadzana bezpośrednio przez parownik albo oddaje swoje ciepło medium pośredniemu, zanim zostanie odprowadzona przez studnię zrzutową ponownie do podłoża.