這種水熱源熱泵機組的工作原理見圖52-19。機組的運行性能穩定，COP值高。其工況的轉換比其他類型熱泵簡單，不需要改變制冷劑的流向，只要通過冷凍水和冷卻水管路閥門的切換即可。
這類熱泵機組的性能雖好，但其應用受到自然條件的嚴重制約。因為只有鄰近江、河、湖、海建造的建筑物，才具備這樣的條件。此外，僅有充足的水源還不夠，還要有一定的水溫條件，而且水源的水質也必須滿足要求才行。
例如:盡管上海沿黃浦江、蘇州河旁建造的高樓大廈林立，但處理或改善其水質以適應水一水熱泵機組使用要求所需代價，也會令持此議案者望而卻步。但是在瑞典的首都斯德哥爾摩周圍建有多個大型區域供熱供冷站(DHC),裝有單機容量高達數萬千瓦的大型水一水熱泵機組，專門用于為該城市全年供熱。這些大型熱泵由大型的離心壓縮機和板式換熱器組成，利用波羅的海深處的海水作熱源，全年制備熱水，具有很好的經濟效益。
對于瀕臨東海的上海浦東地區，有人也曾想用此途徑解決熱源問題，但結果卻令人失望。原來東海大陸架是由長江的泥沙沖積而成，近海海底坡度十分平坦，要能得到足夠的取水深度，其取水距離之遠，能耗之大，足以抵消應用熱泵所能期望的一切好處。
