Der Hauptstandort des TZW liegt in Karlsruhe-Hagsfeld. Neben den modernen Büro- und Konferenzräumen befinden sich hier die Labore der Fachabteilungen Wasseranalytik, der Mikro- und Molekularbiologie, der Wasserchemischen Forschung und der Abteilung Grundwasser und Boden. Die technischen Anlagen und Versuchsaufbauten der Abteilungen finden hier ebenfalls angemessenen Platz. Die meisten Versuchsanlagen werden allerdings direkt bei unseren Kunden vor Ort betrieben.

Die Abteilung Korrosion und die Prüfstelle Wasser haben ihren Standort in Karlsruhe im Wasserwerk Durlacher Wald der Stadtwerke Karlsruhe. Dort befindet sich auch das Heinrich- Sontheimer-Laboratorium, das in Kooperation mit den Stadtwerken aufgebaut wurde und das die enge Zusammenarbeit zwischen dem TZW und den Stadtwerken Karlsruhe zeigt.

Der Standort Dresden befindet sich im Wasserwerk Hosterwitz der DREWAG Stadtwerke Dresden GmbH. Die Arbeitsschwerpunkte liegen hier neben der regionalen Beratung der Wasserversorgungsunternehmen auf dem Gebiet der Wasserverteilung.