Μια αντλία θερμότητας με πηγή νερού χρησιμοποιεί πόρους θερμικής ενέργειας χαμηλής-βαθμίδας που σχηματίζονται από την απορρόφηση ηλιακής και γεωθερμικής ενέργειας από πηγές ρηχών υδάτων, όπως υπόγεια ύδατα, ποτάμια και λίμνες. Χρησιμοποιώντας την αρχή της αντλίας θερμότητας, μεταφέρει θερμική ενέργεια χαμηλής-βαθμίδας σε θερμική ενέργεια υψηλότερης-βαθμίδας με μικρή ποσότητα εισόδου ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής-βαθμίδας.
Η αρχή λειτουργίας μιας μονάδας αντλίας θερμότητας πηγής νερού είναι η μεταφορά θερμότητας από το κτίριο στην πηγή νερού το καλοκαίρι. το χειμώνα, εξάγει ενέργεια από την πηγή νερού σχετικά σταθερής-θερμοκρασίας, χρησιμοποιεί τον αέρα ή το νερό ως ψυκτικό μέσο για να αυξήσει τη θερμοκρασία και στη συνέχεια την παραδίδει στο κτίριο. Συνήθως, μια αντλία θερμότητας με πηγή νερού καταναλώνει 1 kW ενέργειας για να παρέχει στον χρήστη περισσότερα από 4 kW θέρμανσης ή ψύξης. Οι αντλίες θερμότητας με πηγή νερού ξεπερνούν τα μειονεκτήματα των αντλιών θερμότητας με πηγή αέρα, όπως το πάγωμα εξωτερικού εναλλάκτη θερμότητας το χειμώνα, και προσφέρουν επίσης υψηλή λειτουργική αξιοπιστία και απόδοση θέρμανσης, με αποτέλεσμα την ευρεία εφαρμογή τους στην Κίνα τα τελευταία χρόνια.