Tepelná čerpadla voda-voda, známá také jako čerpadla podzemní vody, využívají jako zdroj tepla tepelnou energii podzemní vody. Spolu s ostatními tepelnými čerpadly je tepelné čerpadlo voda-voda jedním z nejmodernějších a ekologicky šetrných systémů vytápění. V současné době je nejúčinnějším tepelným čerpadlem spolu s tepelným čerpadlem země - voda. V kombinaci s fotovoltaickým systémem na výrobu elektřiny pro provoz čerpadla může tepelné čerpadlo voda-voda fungovat klimaticky neutrálně, a proto jsou tyto systémy dotovány vládou.
Tepelná čerpadla voda-voda mohou vytápět, připravovat teplou vodu a chladit. K jejich provozu jsou zapotřebí dvě studny vyžadující povolení: Sací studna nasává teplou podzemní vodu. Použitá a ochlazená voda je odváděna do absorpční jímky. Shromážděné teplo podzemní vody se dostává do výměníku tepla, který jej přenáší do cirkulujícího chladiva. Chladivo se odpaří, pára se stlačí v kompresoru a přes další tepelný výměník se přenese do zásobníků tepla pro vytápění a teplou vodu. Chladivo se dekomprimuje, zkapalní a celý cyklus se opakuje. U chlazení je cyklus obrácen. Nízkoúdržbová tepelná čerpadla voda-voda nezabírají v domě více místa než obyčejná chladnička a jsou stejně tichá.