Un château d'eau est généralement une tour, qui a pour rôle de stocker l'eau potable. Cette dernière est envoyée dans le réservoir situé au sommet de l'ouvrage à l'aide de pompes. Le réservoir doit être situé plus haut que les consommateurs, afin que l'eau soit conduite jusqu'à eux via le réseau de distribution grâce à la pression exercée, selon le principe des vases communicants.

Le réseau d'adduction conduit l'eau des sources de captage vers les usines de traitement, où elle est décantée, filtrée et désinfectée si nécessaire. Elle est ensuite conduite par un réseau de transfert jusqu'aux réservoirs. Des pompes puissantes sont nécessaires pour créer une surpression qui la fait monter au sommet de l'ouvrage, situé parfois à plus de 100 m au-dessus du sol. Si le relief est accidenté, le réservoir peut être placé au sol sur un point culminant. Dans les grandes villes, la consommation est telle que les châteaux d'eau devraient être gigantesques pour répondre à la demande. On y utilise donc plutôt des réservoirs au sol ou enterrés associés à un système de surpression. Les châteaux d'eau sont maintenant en béton, mais certains, anciens, sont classés comme ouvrages d'art.