Wymiary Żaba wodna jest mniejsza od śmieszki, większa od jeziorkowej, samiec jest mniejszy i smuklejszy od samicy. Samce osiągają długość 5,4–9,7 cm, samice 5,4–11,5 cm, najczęściej odpowiednio 6–8 cm i 7–9 cm.
Ubarwienie thumb|Głowa żaby wodnej Ubarwienie żaby wodnej wykazuje bardzo dużą zmienność międzyosobniczą, jest niemal takie samo jak u żaby jeziorkowej. Może być ono tylko cechą pomocniczą przy oznaczaniu.
Grzbietowa część ciała (w tym kończyn tylnych) ma zwykle kolor trawiastozielony (a nie zielonobrunatny jak u śmieszki), z jasnozieloną linią kręgową. Czarne plamy występujące nielicznie na grzbiecie są małe i koliste, a nie duże i nieregularne jak u śmieszki. Plamami pokryte są też boki, na kończynach układają się one w paski. Typowa żaba wodna, w przeciwieństwie do wielu okazów żaby jeziorkowej, nie ma w okolicy biodrowej grzbietu rozległej rdzawobrązowej plamy. Brak jest też u niej żółtych plam, które u żaby jeziorkowej tworzą w pachwinach tylnych kończyn i na udach charakterystyczny czarnożółty marmurek. Fałdy grzbietowe ma dobrze rozwinięte.
Znane są jednak okazy inaczej umaszczone, np.