Als Speichermedium dient in vielen Fällen Wasser, zum Teil in Kombination mit anderen Materialien. Es stellt auch ein hervorragendes Wärmeträgermedium dar, da es durch seine hohe spezifische Wärmekapazität und seine relativ niedrige Viskosität akzeptable Anforderungen an die Technik stellt. Insbesondere macht es das Einbringen wie auch das Austragen der gespeicherten thermischen Energie gleichermaßen einfach, sodass meist ein und dasselbe technische System dafür genutzt werden kann.
Nachteilig ist die druckabhängige, begrenzte Maximaltemperatur, das Wasser darf nicht über seinen Siedepunkt (je nach Anlagendruck etwas über 100 °C) erwärmt werden, da sonst die Gefahr besteht, dass die Anlage platzt. Dies wird üblicherweise durch die Regelung der Anlage sicher gestellt. Für den Notfall sollen Überdruckventile und Sollbruchstellen ein langsames Entweichen ermöglichen. Typischer Anwendungsbereich ist etwa der Puffer einer Heizungsanlage.
Latentwärmespeicher funktionieren durch die Ausnutzung der Enthalpie reversibler thermodynamischer Zustandsänderungen eines Speichermediums, wie z.B. des Phasenübergangs fest−flüssig (Schmelzen/Erstarren).
Die Ausnutzung des Phasenübergangs fest-flüssig ist dabei das am häufigsten genutzte Prinzip. Beim Aufladen des Inhalts kommerzieller Latentwärmespeicher werden meist spezielle Salze oder Paraffine als Speichermedium geschmolzen, die dazu sehr viel Wärmeenergie, die Schmelzwärme, aufnehmen. Da dieser Vorgang reversibel ist, gibt das Speichermedium genau diese Wärmemenge beim Erstarren wieder ab.
Der Einsatz von Latentwärmespeichern zur langfristigen Solarwärmespeicherung der Heizenergie für den Winter sind die Anschaffungsinvestitionen höher, jedoch deutlich platzsparender und wegen der Ausnutzung der Latentwärme gleichmäßiger als die Nutzung von Wassertanks oder Kies. Hart-Paraffine schmelzen bei etwa 60 °C, die Schmelzwärme liegt zwar mit 200 und etwa 240 kJ/kg um etwa einem Drittel niedriger als der Schmelzwärme für Wasser, jedoch 50mal höher als von flüssigem Wasser als Wärmespeicher. Ein solcher Speicher eignet sich gut zur Warmwasserbereitung.