这种水热源热泵机组的工作原理见图52-19。机组的运行性能稳定，COP值高。其工况的转换比其他类型热泵简单，不需要改变制冷剂的流向，只要通过冷冻水和冷却水管路阀门的切换即可。
这类热泵机组的性能虽好，但其应用受到自然条件的严重制约。因为只有邻近江、河、湖、海建造的建筑物，才具备这样的条件。此外，仅有充足的水源还不够，还要有一定的水温条件，而且水源的水质也必须满足要求才行。
例如:尽管上海沿黄浦江、苏州河旁建造的高楼大厦林立，但处理或改善其水质以适应水一水热泵机组使用要求所需代价，也会令持此议案者望而却步。但是在瑞典的首都斯德哥尔摩周围建有多个大型区域供热供冷站(DHC),装有单机容量高达数万千瓦的大型水一水热泵机组，专门用于为该城市全年供热。这些大型热泵由大型的离心压缩机和板式换热器组成，利用波罗的海深处的海水作热源，全年制备热水，具有很好的经济效益。
对于濒临东海的上海浦东地区，有人也曾想用此途径解决热源问题，但结果却令人失望。原来东海大陆架是由长江的泥沙冲积而成，近海海底坡度十分平坦，要能得到足够的取水深度，其取水距离之远，能耗之大，足以抵消应用热泵所能期望的一切好处。
