Η γεωθερμική θέρμανση αξιοποιεί τη φυσική θερμική ενέργεια από το εσωτερικό του φλοιού της Γης για θέρμανση νερού και χώρου. Αυτή η μέθοδος θέρμανσης χαιρετίζεται για την ενεργειακή της απόδοση, την έλλειψη ρύπανσης και τα οικονομικά της οφέλη. Περιοχές όπως η Ισλανδία με άφθονες γεωθερμικές πηγές, που ονομάζονται hot spots, μπορούν ελεύθερα να χρησιμοποιήσουν την ενέργεια για θέρμανση. Περιοχές που δεν διαθέτουν hot spots μπορούν επίσης να επιτύχουν γεωθερμική θέρμανση, ωστόσο, χρησιμοποιώντας μια γεωθερμική αντλία θερμότητας.
Αρχικά, η θερμότητα μέσα στη Γη δημιουργήθηκε κατά τον σχηματισμό του πλανήτη από την ενέργεια της πρόσκρουσης από τους μετεωρίτες και τη θερμότητα της συμπίεσης. Σήμερα, η θερμότητα της συμπίεσης στον πυρήνα της Γης και η αποσύνθεση των ραδιενεργών υλικών στον μανδύα της Γης συνεχίζουν να παράγουν θερμότητα. Τα θερμά σημεία, όπου η επιφάνεια της Γης έχει πιο πυκνούς θύλακες θερμότητας, εμφανίζονται όταν το μάγμα είναι πιο κοντά στην επιφάνεια και συνήθως σημειώνονται από ηφαίστεια.
Χαρακτηριστικό παράδειγμα hot spot, η Ισλανδία έχει δημιουργήσει σταθμούς γεωθερμίας για να μετατρέψει τη θερμότητα σε ηλεκτρική ενέργεια και χρησιμοποιεί τηλεθέρμανση για τη θέρμανση του νερού και του χώρου στα περισσότερα κτίρια. Η γεωθερμική τηλεθέρμανση παίρνει θερμότητα από την τοποθεσία του hot spot και διανέμει ζεστό νερό ή ατμό μέσω μονωμένων σωλήνων στα κτίρια. Μια μορφή αυτής της μεθόδου έχει χρησιμοποιηθεί από τη Ρωμαϊκή Αυτοκρατορία, η οποία χρησιμοποιούσε γεωθερμική θερμότητα στα ιαματικά λουτρά της και σε ορισμένα κτίρια.
Για να είναι δυνατή η γεωθερμική θέρμανση σε περιοχές χωρίς τα οφέλη του hot spot, πρέπει να χρησιμοποιείται αντλία. Τα περισσότερα μέρη στη Γη διατηρούν θερμοκρασία πενήντα έως πενήντα πέντε βαθμών Φαρενάιτ (50-54°F, 0-12°C) κάτω από την επιφάνεια, ανεξάρτητα από τον καιρό. Μια γεωθερμική αντλία θέρμανσης χρησιμοποιεί αυτή τη σταθερή θερμοκρασία για τη θέρμανση και ψύξη του χώρου και του νερού σε ένα κτίριο, συνήθως μια κατοικία.
Μια σειρά από σωλήνες τοποθετούνται σε έναν βρόχο κάτω από το σπίτι και διοχετεύεται κρύο νερό. Καθώς το νερό περνά μέσα από το έδαφος, διοχετεύει θερμότητα, η οποία στη συνέχεια εξάγεται εκ νέου σε έναν εναλλάκτη θερμότητας κάτω από το σπίτι. Η θερμότητα που τραβάει ο εναλλάκτης από το νερό και η θερμότητα που δημιουργείται ως υποπροϊόν της εργασίας του εναλλάκτη χρησιμοποιούνται για τη θέρμανση του σπιτιού. Όταν ο βρόχος αντιστρέφεται και το ζεστό νερό αντλείται μέσω του εδάφους για να χάσει θερμότητα στο σχετικά ψυχρότερο έδαφος, το σύστημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ψύξη του σπιτιού. Η γεωθερμική θέρμανση χρησιμοποιεί πολύ λιγότερη ενέργεια από την ηλεκτρική θέρμανση και ψύξη ή μια αντλία θερμότητας με πηγή αέρα.
Η γεωθερμική θέρμανση γιορτάζεται για πολλούς περιβαλλοντικούς και οικονομικούς λόγους. Αυτή η μέθοδος θέρμανσης αντλεί ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές και δημιουργεί λιγότερη ρύπανση που είναι κοινή για την καύση ορυκτών καυσίμων. Από οικονομική άποψη, τα συστήματα γεωθερμικής θέρμανσης απαιτούν λιγότερη συντήρηση, διαρκούν για δεκαετίες, αυξάνουν την αξία ενός κτιρίου και μειώνουν το κόστος που συνήθως συγκεντρώνεται στους μηνιαίους λογαριασμούς πετρελαίου ή ηλεκτρικού ρεύματος. Η αρχική εγκατάσταση του συστήματος, ωστόσο, μπορεί να είναι πολύ δαπανηρή και απαιτεί επαρκή γνώση της γεωλογίας της τοποθεσίας, έτσι ώστε τα υπόγεια ύδατα να μην μολύνονται και να μην βλάπτεται η ακεραιότητα του εδάφους. Οι γεωθερμικές αντλίες θέρμανσης απαιτούν επίσης ηλεκτρική ενέργεια για τη λειτουργία των αντλιών, κάτι που συχνά απαιτεί την καύση ορυκτών καυσίμων και μπορεί να χρησιμοποιεί ένα τοξικό ψυκτικό στο νερό που διέρχεται από τους σωλήνες.