Nằm sâu bên dưới bề mặt Trái đất (phần vỏ) khoảng 2.900 km là phần nóng nhất của hành tinh chúng ta: phần lõi. Một phần nhỏ nhiệt của lõi Trái đất đến từ lực ma sát và lực hấp dẫn hình thành khi Trái đất được tạo ra cách đây hơn 4 tỉ năm. Tuy nhiên, phần lớn nhiệt lượng của Trái đất liên tục được tạo ra bởi sự phân rã của các đồng vị phóng xạ, chẳng hạn như kali-40 và thorium-232.

Sự phân rã phóng xạ là quá trình diễn ra liên tục trong lõi. Nhiệt độ ở đó tăng lên hơn 5.000 độ C (khoảng 9.000 độ F). Nhiệt từ lõi liên tục tỏa ra bên ngoài, làm ấm đá, nước, khí đốt và các vật liệu địa chất khác.

Nếu các khối đá dưới lòng đất bị nung nóng đến khoảng 700 - 1.300 độ C (1.300 - 2.400 độ F), chúng có thể trở thành magma. Magma là đá nóng chảy được thấm bởi khí và bọt khí. Magma đôi khi sủi bọt lên bề mặt dưới dạng dung nham. Khi magma sâu trong lòng đất, lên đến gần bề mặt trái đất, nó làm nóng các tầng chứa nước ngầm và những mảng đá bị nứt, đứt gãy.

Đây đều là những nguồn năng lượng địa nhiệt. Năng lượng địa nhiệt xuất hiện trên bề mặt trái đất theo ba cách:

- Núi lửa và lỗ phun khí (nơi khí núi lửa thoát ra).

- Suối nước nóng.

- Mạch nước.

Hầu hết các nguồn năng lượng địa nhiệt đều nằm gần ranh giới của các mảng kiến tạo trái đất. Các nguồn địa nhiệt hoạt động mạnh nhất thường được tìm thấy dọc theo ranh giới mảng kiến tạo chính, nơi có các núi lửa. Một trong những khu vực địa nhiệt hoạt động mạnh nhất trên thế giới được gọi là vành đai lửa (Ring of Fire), bao quanh Thái Bình Dương.

Các hồ chứa năng lượng địa nhiệt là các hồ nằm sâu dưới lòng đất, không dễ phát hiện ra. Các nhà địa chất sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để tìm các hồ chứa địa nhiệt. Khoan giếng và kiểm tra nhiệt độ sâu dưới lòng đất là phương pháp đáng tin cậy nhất để xác định vị trí hồ chứa địa nhiệt.

Năng lượng địa nhiệt được thu giữ, sau đó sử dụng nhiệt dùng để sưởi ấm các công trình như nhà ở, cao ốc,… hoặc hơi nước của chúng được sử dụng để sản xuất điện.

Hiện nay, trên thế giới có 26 quốc gia sử dụng năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện. Trong đó, các quốc gia có công suất điện địa nhiệt lớn nhất thế giới là Hoa Kỳ, Indonesia, Philippines, Thổ Nhĩ Kỳ, New Zealand.