在坝体中部设置土质心墙作为防渗体的土石坝。土质心墙的上、下游坝壳为堆石、砂砾（卵）石、风化石渣或半透水砂性土等，心墙与坝壳之间以砂、砾石作为反滤层，下游设排水体（见图）。当土质防渗体位于坝体中部且稍倾向上游时，可称为土质斜心墙坝。
土质心墙可垂直布置或稍有倾斜，其顶部高程不低于最高库水位，心墙最小厚度依土料防渗性能确定，一般不宜小于水头的1／4。顶宽考虑施工需要不宜小于2m，自顶向底逐渐加厚。薄心墙的边坡可陡于1：0.15，厚心墙边坡可达1：1，甚至更缓。例如，中国1958年建成的大伙房水库土石坝，坝高49.2m，心墙顶宽2m，上、下游边坡均为1：0.15。1982年建成的石头河土石坝，坝高114m，心墙上、下游边坡均为1：0.4。
土质心墙底部常用截水槽与坝基相对不透水层连接。在岩基上，为防止集中渗流对墙底部位的冲刷，常设混凝土垫座或齿墙。心墙与岩坡连接处需适当削坡，使坡度不陡于1：0.5～1：0.7；当岸坡陡峻时，需适当扩大心墙断面，以延长渗径，防止接触冲刷。
在心墙与坝壳之间设反滤层，或同心墙土料可就地取材，以残积土、冰碛土、沉积土为佳，风化土及湖积土较差。土料的物理指标以黏粒含量30％～50％、渗透x10-6~1x10-8系数1x10-6～1x10-8cm／s、含水量15％～25％为宜。心墙两侧坝壳可用一种或多种透水材料、半透水材料填筑，如砂砾（卵）石、堆石、风化石渣等。各种土料的压实标准根据不同土料设计要求确定。时设置反滤层及过渡层。对地震区、峡谷陡峻山区的土石坝，需适当加厚反滤层或过渡层。
塔吉克斯坦的努列克坝高达300m，罗贡坝高达335m，为世界上最高的心墙坝。中国碧口大坝、石头河大坝的坝高都超过100m，均为土质心墙坝。土质心墙坝与土质斜墙坝相比，上游坡较陡，工程量较省。但心墙与坝壳的施工干扰较大。
