以地下水作為低位熱源，消耗少量的電能，實現熱量由低溫物體向高溫物體轉移，從而達到制冷或制熱的熱泵系統，稱為地下水源熱泵系統。該系統適合于地下水資源豐富。且當地資源管理部門允許開發利用地下水的場合。地下水源熱泵系統是我國應用較早且較為普遍的一種地源熱泵系統，其中大部分是以井水為低位熱源。

地下水源熱泵系統可分為地下水一水熱泵機組和地下水一空氣熱泵機組(水環熱泵機組)。還可以根據地下水供水系統，分為間接供水系統和直接供水系統。在間接供水的地下水系統中，使用板式換熱器把地下水和水源熱泵的循環水分開。而在直接供水的地下水系統中，地下水直接供給水源熱泵機組，采用間接供水的地下水系統，可以保證水源熱泵機組不受地下水水質的影響，防止機組出現結垢、腐蝕、泥渣堵塞等現象，從而延長機組的使用壽命。

典型的地下水源熱泵空調系統原理是由地下水換熱系統、水源熱泵機組、和空調未端系統組成，其中，水源系統包括水源、取水構筑物、輸水管網和水處理設備等。