Nejběžnější způsob využití geotermální energie je uplatnění horkých geotermálních vod v systémech zásobování tepelnou energií. Pro tyto systémy jsou obecně využitelné všechny dostatečně vydatné zdroje geotermální vody s teplotou nad 35 °C. V oblastech, kde se v dosažitelné hloubce pod povrchem nachází horniny o teplotách nad 150 °C, je možno využít tepelnou geotermální energii k výrobě páry pohánějící turbínu určenou k výrobě elektrické energie. Tyto energetické centrály najdeme nejčastěji v oblastech, kde se magma dostalo blíže k povrchu zemské kůry a po jeho částečném zchladnutí vznikly tuhé horniny vázající velké množství tepelné energie při vysoké teplotě. Nejznámější oblastí s intenzivním využíváním geotermální energie je Island, ležící na rozhraní dvou vzdalujících se kontinentálních desek. Největší geotermální elektrárnu na světě pak najdeme v geotermálně aktivní oblasti Kalifornie v USA. Zájem o geotermální energii vlivem vzrůstajících cen energií v posledních letech celosvětově roste a ve fázi příprav je řada velkých projektů energetického využití geotermální energie.

Častým způsobem využití geotermální energie jsou hloubkové vrty sloužící jako zdroj nízkopotenciálního tepla pro tepelná čerpadla. Tyto vrty jsou vedeny do hloubky 50 – 150 m. Z okolí vrtu odebírají tepelnou energii a horninu postupně ochlazují. V průběhu letních měsíců, kdy není tepelné čerpadlo intenzivně využíváno, dochází k tepelné regeneraci vychlazené horniny teplem ze vzdálenějšího okolí vrtu. V případě nedostatečné tepelné regenerace okolí vrtu, dojde v následujícím topném období k hlubšímu vychlazení blízkého okolí vrtu, což způsobí snížení topného faktoru tepelného čerpadla a následně negativně ovlivní ekonomiku provozu. Rychlost a intenzita tepelné regenerace souvisí s typem horniny v okolí vrtu. Nejpomaleji regenerují suché písčité horniny. Na druhé straně, nejrychlejší regenerace je obecně spojena s přítomností významného množství vody v horninách. V běžných podmínkách je pro každou 1 kW výkonu tepelného čerpadla vyžadováno cca 13 m vrtu. Skutečný stav podloží sehrává významnou roli při volbě minimálních roztečí mezi jednotlivými vrty, právě s ohledem na dostatečnou sezónní regeneraci. Hloubka vrtů musí mimo jiné respektovat krátkodobé maximální výkony chodu tepelného čerpadla, při kterých nesmí dojít ke snížení teploty v těsném okolí vrtu pod 0 ° C, což by vedlo k zamrzání. Zamrzání způsobuje snížení tepelné vodivosti hornin v okolí vrtu a může způsobit i nežádoucí mechanické namáhání trubkových registrů vedených ve vrtu. Přítomnost pitných zdrojů podzemní vody představuje v řadě případů limitující faktor využití hloubkových vrtů, jejichž provedení podléhá schvalovacímu řízení příslušných orgánů.