אמת המים שבעזרה מוזכרת במספר מקומות במשנה ובשאר מקורות חז"ל, כאמה שעברה בתוך העזרה ושימשה כמערכת ניקוז לשפכי המקדש, בעיקר שיירי דם הקרבנות (יומא פ"ה מ"ו; מידות ג,ב).

שימוש חיוני ביותר היה לאמת המים, לאחר הקרבת הפסח, שהיה אירוע גדול ביותר, ובו הקרבת קרבנות רבים מאוד. במסכת פסחים (סד,א) מתארת המשנה, שהכהנים היו מדיחים את העזרה לאחר הקרבת הפסח אפילו בשבת, אף בניגוד לדעת חכמים. התוספתא בפסחים (פרק ד) מבארת כיצד נעשה הדבר: "כיצד מדיחין את העזרה פוקקין אותה ומרגילין לה אמת המים עד שנעשית נקייה כחלב", וכעין זה פירש רש"י בפסחים שם: "שאמת המים מהלכת בעזרה, וכשהן רוצין להדיח העזרה פוקקין את נקב יציאתה והמים פושטין והולכין על גדותיה, ומדיחין את כל העזרה, שרצפה של שיש היתה כולה, ואחר כך פותחין הנקב והמים יוצאים, ובערב הפסח, מתוך שהדמים מרובים היו מדיחין אותה".

במסכת שקלים נאמר, שתחזוקת אמת המים ממומנת על ידי הכסף הנשאר מתרומת מחצית השקל (שקלים ד,ב).

מקור נוסף הוא דברי אביי ביומא, האומר שהמקווה שעל שער המים הובא ממים מעין עיטם (יומא לא,א).

מחקרים ארכיאולוגים התחקו אחר מפעלי המים של בית שני. כיום ידוע על שתי אמות מים, שהוליכו מים ממעיינות באזור שמדרום לבית לחם עד לירושלים. אמת מים אחת קדומה כנראה מימי החשמונאים, היא 'אמת המים התחתונה', אשר ידוע שהגיעה בדרך ארוכה ומפותלת מבריכות שלמה שליד בית לחם ועד להר הבית עצמו, ממערב, מעל קשת וילסון (הקשת שמעל אולמות התפילה שבכותל המערבי שבעזרת הגברים) דרך שער השלשלת. אמת מים זו נמוכה מגובה קרקעית העזרה.

אמת מים נוספת המכונה 'אמת המים העליונה' (משום שעוברת בתוואי גבוה יותר מזו הקדומה), היא אמת מים מאוחרת, כנראה מימי הורדוס בשלהי הבית השני. אמה זו לא שרדה ברובה, אך ידוע שהיא התחילה במרחק רב יותר (מעין ערוב ועוד מעיינות) והגיעה עד לבריכת ממילא ומשם לבריכת חזקיהו שליד שער יפו.

כעת, אם נזהה את אמת המים שנכנסה לעזרה, כאמת המים התחתונה, ניווכח כי זה לא אפשרי משום שאמת המים התחתונה נכנסה להר הבית בגובה 735 מעל פני הים ואילו העזרה הייתה גבוהה בכ-2-8 מטר מעל גובה זה. על כן חוקרים אחדים הציעו, שאמת המים העליונה המשיכה מאזור שער יפו ומשם נכנסה להר הבית במיקום גבוה יותר מזו התחתונה. או שזיהו נביעה בתוך תחומי העיר העתיקה ליד רחוב חלדיה כעין עיטם, אשר ממנה משכו את המים באמה ישירות לעזרה (ד"ר בן ארי, תחומין טז).

אפשרות אחרת היא כי אחד מבורות המים הגדולים שהיו בהר הבית, הוא זה שממנו שאבו מים והוא אשר סיפק מים לכל העזרה, כמו שמוזכר במסכת מידות (ה,ד): "לשכת הגולה שם היה בור קבוע והגלגל נתון עליו ומשם מספיקים מים לכל העזרה". לפי הרב קורן, היה זה הבור הנקרא "ביר א-ג'ינה" הסמוך מאוד לכיפת הסלע, ואשר לפי דעות רבות, הוזן מ'אמת המים התחתונה'.

אם כן, אמת המים שהגיעה לעזרה, הייתה אמת המים העליונה, או אמה שמולאה מבורות הר הבית (או ממעין סמוך להר הבית). לגבי התוואי המדויק בתוך העזרה - אין ידיעות ברורות, ומכל מקום ניתן לשער שהאמה נכנסה מהאזור המערבי של העזרה ,שהוא המקום הגבוה יותר, ויצאה מצידה השני למזרח, ומשם יצאה מהר הבית לכיוון נחל קדרון. אך כאמור זו השערה ואין ידיעות ברורות ומדויקות, משום שאין שום אפשרות לחפור ולבדוק כיום את הממצאים בהר הבית.