Systém tepelných čerpadiel voda-voda je veľmi zriedkavý systém. Ide o technológiu, ktorá čerpá teplo z vody v exteriéri a dáva ho do vody v interiéri. Podobne ako pri ostatných typoch tepelných čerpadiel (okrem vzduch-vzduch) toto tepelné čerpadlo dokáže ohriať teplú úžitkovú vodu, vodu v podlahovom vykurovaní alebo radiátoroch. Tento systém je najúčinnejším typom tepelného čerpadla na trhu avšak je tiež najviac ovplyvnený prírodnými podmienkami – vysvetlíme ďalej v článku.

Poznáme dva základné typy tepelných čerpadiel voda-voda:

Tepelné čerpadlo s kolektorom umiestneným v studni – v tomto prípade sa na pozemku musia vybudovať dve nezávislé studne, ktoré budú od seba vzdialené minimálne 5 metrov a viac. Jedná z nich bude čerpacia studňa odkiaľ kolektor čerpá vodu, ktorú vedie do vnútornej jednotky kde si odovzdá teplo, druhá z nich bude vsakovacia kde vodu, z ktorej odobralo čerpadlo teplo, znova vypúšťa. Tento systém je však závislý na dostatku vody v čerpacej studni. Veľmi jednoducho sa môže stať, že váš sused si neďaleko vás postaví studňu a vodu vám vezme. Alebo sa pri dnešnom premenlivom počasí môže stať, že niekoľko mesiacov budú zrážky len minimálne a bude veľké sucho, čo spôsobí znova nedostatok vody v studni. Automaticky sa systém stane nefunkčným.

Druhým typom tepelného čerpadla voda-voda je čerpadlo s kolektorom umiestneným v jazere alebo inej vodnej nádrži. Ide o podobný systém ako je kolektor pri tepelnom čerpadle zem – voda. Jedinou podmienkou je dostatočná veľkosť a hĺbka jazera, aby ho kolektor nevymrazil. 

Aj keď je tento systém veľmi podobný s systémom tepelných čerpadiel zem-voda, veľkým rozdielom je, že v kolektore pri tepelnom čerpadle zem-voda prúdi nemrznúca zmes, kým pri čerpadle voda-voda prúdi v kolektore voda.