Wykorzystując naturalne cechy Ziemi, gruntowa pompa ciepła może kontrolować zdolność do ogrzewania i chłodzenia obszaru. Gruntowa pompa ciepła wykorzystuje koncepcję energii geotermalnej. Aby wykorzystać energię geotermalną jako system grzewczy, pompę ciepła umieszcza się gdzieś w górnej 10 stóp (3.05 m) powierzchni Ziemi, gdzie temperatura pozostaje ustabilizowana w zakresie od 50° do 61°F (około 10° do 16°C) rok okrągły. Oznacza to, że system będzie ogrzewał dom lub budynek zimą i chłodził go latem, działając jak radiator.
Aby zbudować gruntową pompę ciepła, system rur miedzianych lub polietylenowych należy umieścić pod ziemią i napełnić czynnikiem chłodniczym. Gdy pompa przemieszcza płyn przez rurociąg, jest on chłodzony lub ogrzewany przez grunt, ostatecznie przenosząc siły stabilizacji temperatury do pomieszczenia. Ta koncepcja jest znana jako wymiana bezpośrednia.
Firmy budujące geotermalne systemy grzewcze projektują ten proces na dwa sposoby: transfer woda-powietrze lub woda-woda. Pompy woda-powietrze przypominają standardowe klimatyzatory, wykorzystując elementy chłodzące i grzewcze gruntowej pompy ciepła do regulacji temperatury powietrza poprzez wentylację. Z drugiej strony systemy woda-woda działają bardziej jak tradycyjny kocioł, ogrzewając rury wodne biegnące po całym budynku.
Jednym z największych potencjałów technologii gruntowych pomp ciepła jest fakt, że jest ona uważana za jeden z nowoczesnych ekologicznych systemów grzewczych dostępnych dla konsumentów. Ponieważ systemy nie wykorzystują żadnego paliwa ani chemikaliów do ogrzewania lub chłodzenia, wpływ na środowisko jest zasadniczo znikomy. Tradycyjne formy ogrzewania i chłodzenia wykorzystują spalanie do ogrzewania wody i powietrza, podczas gdy w mechanizmach chłodzenia powszechnie wykorzystuje się freon, związek niebezpieczny dla atmosfery. Szacuje się, że systemy gruntowych pomp ciepła oszczędzają 5,500 ton emisji dwutlenku węgla w przeciętnym domu według amerykańskiej Agencji Informacji Energetycznej.
Pierwsze wykorzystanie energii geotermalnej w postaci pomp gruntowych miało miejsce w latach 1940. XX wieku, ale było stosunkowo drogie. Na początku XXI wieku koszty każdej jednostki spadły do około 21 dolarów amerykańskich (USD) za tonę pojemności. Ten czynnik spowodował zainteresowanie technologią w wielu sektorach gospodarki.