L'eau est composée par une molécule formée d’un atome d’oxygène relié à deux atomes d’hydrogène et on la note comme H2O. Dans l'eau, comme dans toute matière, ces molécules sont en perpétuel agitation. Ce mouvement est directement lié à la température: il est moins important lorsque la température diminue et inversement. Des liaisons peuvent se former entre molécules d'eau grâce à la polarité entre les atomes d'oxygène et hydrogène de différentes molécules d'eau. Ces liaisons, appelées "liaison d'hydrogène" profèrent à l'eau ces propriétés physico-chimiques uniques dans tous ces états: solide, liquide et vapeur.
D'un point de vue thermodynamique, la chaleur représente un transfert d'énergie entre deux corps à températures différentes. La chaleur spécifique d'un corps représente l'énergie nécessaire pour élever la température de 1 gramme de 1°C. La chaleur spécifique de l'eau est de 4.2 J/g par degré Celsius, ce qui est quatre fois supérieure à celle de l'air et 10 fois plus que pour élever de 1°Celsius la température de la même masse de fer ! En effet, cette propriété lui permet d'absorber ou de dégager plus d'énergie que d'autres substances. Les conséquences sur le climat d’un tel comportement sont très importantes car les grandes masses d’eau océaniques peuvent emmagasiner une grande quantité d'énergie le jour, puis restituer la nuit de grandes quantités d’énergie solaire sur une très longue durée sans pour autant que leur température varie beaucoup. On explique l'effet de cette chaleur spécifique par l'abondance des liaisons hydrogène: l'eau absorbe de la chaleur lorsque les liaisons hydrogène se rompent et, inversement, dégage de la chaleur lorsqu'elles s'établissent.
Afin de pouvoir utiliser l’eau comme source d'énergie, il est nécessaire d'installer une pompe à chaleur eau-eau ("hydrothermique") qui permet de valoriser les calories présentes dans l'eau pour produire de la chaleur à l'intérieur du bâtiment. En effet, la température de l'eau souterraine est relativement élevée (7-12°C toute l'année) et représente, donc, une source d'énergie intéressante pour l'utilisation d'une pompe à chaleur. En même temps, grâce à l'inertie thermique de l'eau, nous pouvons réguler la température du bâtiment à faible coût en utilisant un ballon tampon avec des émetteurs à basse température comme le chauffage par le sol ou des ventilo-convecteurs.
