Množství tepla obsaženého v pouhé 10 km mocné horní vrstvě zemské kůry je podle odhadu geologů 7·104krát větší než energie, kterou by vydaly veškeré zásoby vytěžitelného uhlí. Bohužel 99% této energie se přímo k zemskému povrchu dostává vedením při mimořádně nízké tepelné hustotě (v průměru 0,05 W/m2), což vylučuje jakoukoliv možnost jejího přímého využití. Je to desettisíckrát menší hustota, než s jakou na naši planetu dopadá energie sluneční. Z tohoto důvodu využíváme přírodní zemské teplo jako zdroj k vytápění sídlišť a k výrobě elektrické energie jen na několika místech tzv. geotermální anomálie, kde geologickými formacemi prostupuje z hlubin k povrchu s mnohem větší hustotou.
Geotermální zdroje rozdělujeme do tří skupin: na tzv. pole suchých par, pole mokrých par a pole nízkoteplotní. Zatímco první dvě mohou být využita geotermálními elektrárnami, poslední se využívají k vytápění objektů, bazénů a ve skleníkovém hospodářství, zejména za pomoci tzv. tepelných čerpadel.
Nejjednodušším typem jsou geotermální elektrárny na suchou páru, které navíc dosahují lepší účinnosti než ostatní. Používají se obvykle v místech, kde lze z nevelkých hloubek pomocí navrtaných sond a sběrného potrubí odvádět páru pod přirozeným tlakem až 10 MPa s teplotou 200 až 250°C. Odběr se reguluje škrticími ventily. Po zbavení vodních kapiček v separátoru se pára vede přímo do turbín. Sráží se v kondenzátoru a vzhledem ke své čistotě se může vracet jinými vrty do propustné horniny zpět do blízkosti magmatického pole.
Nejstarší elektrárna tohoto typu s výkonem 380 MW elektrických pracuje v italském Larderellu od roku 1913. Jde o mimořádně ekonomickou elektrárnu, jejíž energie je šestkrát levnější než energie z uhelných elektráren. Zatím největší geotermální elektrárna světa, The Geysers se 14 bloky o celkovém výkonu 1224 MW elektrických, pracuje v kalifornii a zásobuje z jedné třetiny svým výkonem městskou síť San Franciska. Sběrné termální pole zaujímá plochu 50 km2, cena kWh je srovnatelná s cenou kWh z jaderných elektráren.
Geotermální elektrárny na mokrou páru s elektrickými výkony 10 až 60 MW pracují zejména v Japonsku (celkem 8), na Islandu (2), v Mexiku a v Karibské oblasti (4), na Filipínách (2) a na Novém Zélandu (2). Jde o lokality, kde lze navrtáním získat vydatné zdroje horké vody s teplotou od 180 do 380°C. V odtlakovací nádrži se po snížení tlaku část vody změní na páru, využitou k pohonu turbín. V případě příliš nízkého tlaku a teploty je horká voda v tzv. binárním systému využita k ohřátí jiné pracovní kapaliny s nižším bodem varu (propanu, izobutanu, freonů). Jelikož první dvě jsou explozivní a freony narušují ozónovou vrstvu, závisí další vývoj těchto elektráren na nalezení méně škodlivého pracovního média. Elektrárny tohoto typu vyžadují vzhledem k agresivním látkám ve vodě i v páře potrubí, čerpadla a turbíny z drahých legovaných ocelí a nerezu.
V 70. letech se v Americe objevil nápad vyvrtat hlubokou díru do země, vhánět do ní vodu z povrchu a od horkých hornin ohřátou vodu spolu s párou vést souběžným vrtem k parní elektrárně na povrchu. Nákladné pokusy však skončily zklamáním. Téměř dvě třetiny vody se v podzemí ztratily a navíc teplota vody začala už po několika týdnech nezadržitelně klesat, protože prostup tepla horninou probíhá desettisíckrát pomaleji než u kovů.
Geotermální vytápění přímo vyvěrající horkou vodou nebo otopnými systémy se zařazenými výměníky tepla je nejvíce rozšířeno na Islandu, v Japonsku, v USA, na Novém Zélandu a ve Francii.