Generarea de energie geotermală funcționează prin extragerea energiei din căldură adânc în interiorul Pământului. În unele locuri, cum ar fi insulele Islanda, Filipine și Japonia, izvoarele termale geotermale sunt comune, ceea ce face ca energia să fie ușor accesibilă. În alte locuri, suficientă căldură se găsește doar la mai mult de o milă (1.6 km) sub suprafață, ceea ce face extracția de energie geotermală nepractică. Găurile săpate până la acest nivel oriunde pot fi folosite de obicei pentru a produce energie geotermală.
Prima stație pentru generarea de energie geotermală a fost construită la 4 iulie 1904, la câmpul de abur uscat Larderello din Italia și testată de Prințul Piero Ginori Conti, utilizând generarea de energie geotermală veche de puțin peste un secol. Cu toate acestea, generarea de energie geotermală nu este o sursă majoră de energie la nivel mondial, reprezentând doar aproximativ 0.1% din puterea globală sau o capacitate de aproximativ 100 de gigawați. Energia geotermală este utilizată pe scară largă doar de țările din Filipine și Islanda, unde reprezintă 15-20% din generarea de energie electrică.
Cea mai comună metodă de funcționare a unei centrale geotermale este ciclul binar, prin care apa moderat de fierbinte din sursele de căldură geotermală de mică adâncime este trecută peste conducte, numită schimbător de căldură, care conține un fluid secundar – de obicei hidrocarbură butan sau pentan – cu un punct de fierbere mult mai jos decât apa. Căldura face ca fluidul secundar să se transforme în vapori, ceea ce antrenează turbinele care generează electricitate. Fluidul este apoi recondensat și utilizat pentru mai multe cicluri. Presiunea fluidului secundar este de obicei destul de mare, în jur de 500 PSI.
Energia geotermală cu rocă uscată fierbinte este un alt tip de generare de energie geotermală; această metodă pompează apă adânc în Pământ, punând-o în contact cu roca fierbinte și uscată care dă numele metodei. Roca încălzește apa, care este apoi pompată și utilizată fie direct cu turbinele cu abur, fie pompată printr-un sistem de ciclu binar. Cunoscute și sub numele de Sisteme geotermale îmbunătățite, aceste plante au o viață utilă de aproximativ 20 până la 30 de ani înainte ca roca să se răcească prea mult pentru ca planta să fie economică. Căldura completă se recuperează în 50-100 de ani.
Un alt tip de generare de energie geotermală sunt centralele cu abur rapid. Aceste plante trag apă fierbinte, de înaltă presiune din adâncul Pământului, în rezervoare, unde scăderea de presiune face ca apa să se transforme în abur, care este apoi folosit pentru a transforma turbinele. Unul dintre cele mai vechi tipuri este căldura directă, care trage apa fierbinte din apropierea suprafeței Pământului în conducte pentru încălzirea clădirilor, încălzirea apei pentru piscicultură, creșterea plantelor în sere, pasteurizarea laptelui etc. Acest lucru funcționează numai în zonele în care este suficient de cald. apa este disponibila aproape de suprafata.