Η παραγωγή γεωθερμικής ενέργειας λειτουργεί εξάγοντας ενέργεια από τη θερμότητα βαθιά μέσα στη Γη. Σε ορισμένα μέρη, όπως τα νησιά της Ισλανδίας, οι Φιλιππίνες και η Ιαπωνία, οι γεωθερμικές θερμές πηγές είναι κοινές, καθιστώντας την ενέργεια εύκολα προσβάσιμη. Σε άλλα μέρη, επαρκής θερμότητα βρίσκεται μόνο περισσότερο από ένα μίλι (1.6 km) κάτω από την επιφάνεια, καθιστώντας την εξόρυξη γεωθερμικής ενέργειας μη πρακτική. Οι τρύπες που σκάβονται σε αυτό το επίπεδο οπουδήποτε μπορούν συνήθως να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή γεωθερμικής ενέργειας.
Ο πρώτος σταθμός για την παραγωγή γεωθερμικής ενέργειας κατασκευάστηκε στις 4 Ιουλίου 1904, στο κοίτασμα ξηρού ατμού Larderello στην Ιταλία και δοκιμάστηκε από τον πρίγκιπα Piero Ginori Conti, κάνοντας τη χρήση της γεωθερμικής παραγωγής ενέργειας λίγο περισσότερο από έναν αιώνα παλιά. Ωστόσο, η παραγωγή γεωθερμικής ενέργειας δεν είναι μια σημαντική πηγή ενέργειας παγκοσμίως, καθώς αποτελεί μόνο περίπου το 0.1% της παγκόσμιας ενέργειας ή μια δυναμικότητα περίπου 100 γιγαβάτ. Η γεωθερμική ενέργεια χρησιμοποιείται εκτενώς μόνο από τις χώρες των Φιλιππίνων και της Ισλανδίας, όπου αποτελούν το 15-20% της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
Η πιο κοινή μέθοδος λειτουργίας μιας γεωθερμικής εγκατάστασης είναι ο δυαδικός κύκλος, όπου μέτρια ζεστό νερό από ρηχές γεωθερμικές πηγές θερμότητας διοχετεύεται πάνω από σωλήνες, που ονομάζονται εναλλάκτης θερμότητας, που περιέχουν ένα δευτερεύον ρευστό – συνήθως υδρογονάνθρακα βουτάνιο ή πεντάνιο – με σημείο βρασμού πολύ χαμηλότερα από το νερό. Η θερμότητα αναγκάζει το δευτερεύον ρευστό να αναβοσβήνει σε ατμό, το οποίο οδηγεί στροβίλους που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια. Το υγρό στη συνέχεια επανασυμπυκνώνεται και χρησιμοποιείται για περισσότερους κύκλους. Η πίεση του δευτερεύοντος υγρού είναι συνήθως αρκετά υψηλή, γύρω στα 500 PSI.
Η γεωθερμική ενέργεια με θερμό ξηρό βράχο είναι ένας άλλος τύπος γεωθερμικής παραγωγής ενέργειας. αυτή η μέθοδος αντλεί νερό βαθιά στη Γη, φέρνοντάς το σε επαφή με τον καυτό, ξηρό βράχο που δίνει το όνομά της στη μέθοδο. Ο βράχος θερμαίνει το νερό, το οποίο στη συνέχεια αντλείται και χρησιμοποιείται είτε απευθείας με ατμοστρόβιλους είτε αντλείται μέσω ενός συστήματος δυαδικού κύκλου. Γνωστά και ως Ενισχυμένα Γεωθερμικά Συστήματα, αυτά τα φυτά έχουν ωφέλιμη ζωή περίπου 20 έως 30 χρόνια πριν κρυώσει πολύ ο βράχος για να είναι οικονομικό το εργοστάσιο. Η πλήρης θερμότητα ανακτά σε 50-100 χρόνια.
Ένας άλλος τύπος γεωθερμικής παραγωγής ενέργειας είναι οι μονάδες ατμού φλας. Αυτά τα φυτά τραβούν ζεστό νερό υψηλής πίεσης από τα βάθη της Γης προς τα πάνω σε δεξαμενές, όπου η πτώση πίεσης προκαλεί το νερό να εκραγεί σε ατμό, ο οποίος στη συνέχεια χρησιμοποιείται για τη μετατροπή των στροβίλων. Ένας από τους παλαιότερους τύπους είναι η άμεση θερμότητα, η οποία τραβάει ζεστό νερό από κοντά στην επιφάνεια της Γης σε σωλήνες για χρήση για θέρμανση κτιρίων, θέρμανση νερού για ιχθυοκαλλιέργεια, καλλιέργεια φυτών σε θερμοκήπια, παστερίωση γάλακτος κ.λπ. Αυτό λειτουργεί μόνο σε περιοχές όπου υπάρχει επαρκής θερμότητα νερό είναι διαθέσιμο κοντά στην επιφάνεια.