水的热容大、传热系数高，是热泵系统的理想低位热源。水源热泵是以水源作为热泵的低位热源，可供使用的水源常指地表水（河川水、湖水、海水等）和地下水（深井水、泉水、地下热水等）。地表水热泵系统有潜在水面以下的、多重并联塑料管组成的地下水热交换器，它们被连接到建筑物中。用地表水作热泵的低位热源要求热泵附近有方便的水源（江、河、湖、海），且水源在冬季的最低温度不能在零度附近。

但由于水源热泵有较高的热泵性能系数，成本也较低，在有条件的地方应尽可能选用。地下水热泵系统通常包括带潜水泵的取水井和回灌井。地下水取出后，利用板式换热器和建筑内循环水进行小温差换热，之后将地下水回灌地下。地下水的温度在全年只有很小的变化，比地表水更适合作热泵的低位热源，但地下水资源有限，长期使用会造成地下水枯竭、地面下沉等不良后果，近年来发展的回灌技术减少了使用地下水对地下水资源的影响。有关水源热泵的研究在国内外都很多，水源热泵的节能潜力很大。