De watervleermuis heeft een bruine tot donkerbruine rug en een grijswitte buik. De soort is vrij klein met een kop-romplengte tot 55 mm, een spanwijdte tot 28 cm en een gewicht tot 17 g (Schober & Grimmberger 1998). Zowel de oren als de tragus zijn ongebruikelijk kort voor een soort van het geslacht Myotis. De snuit van volwassen dieren is kenmerkend roze tot roodbruin; jongere dieren hebben een donkerdere snuit en tot de leeftijd van een jaar een scherp afgetekende, zwartblauwe vlek op de onderlip. Watervleermuizen harken met hun grote achterpoten prooien van het wateroppervlak.