Гетермальные тепловые насосы (ТН) используют землю в качестве источника тепла, а так же как охладитель в летнее время. Передача тепла происходит через погруженный в землю геотермальный контур, в котором циркулирует теплоноситель. Так же может использоваться система с открытой циркуляцией, когда грунтовые воды поднимаются с глубины до 15 м, подаются в теплообменник ТН, и затем сбрасываются в другую приемную скважину или сливную канаву. Температура на выходе такого контура в течение всего года остается достаточно стабильной, и находится обычно в пределах 5-12 °С. Так как тепловой насос производит и тепло, и холод, не требуется дополнительное оборудование для нагрева или охлаждения. Не требуется внешнее оборудование, такое как градирни или выносные конденсаторы, или газовые котлы. Каждый ТН может работать на обогрев или охлаждение, независимо от других ТН, включенных параллельно в один геотермальный контур. Этим достигается поддержание независимой температуры в разных зонах (помещениях). Эффективность теплового насоса не снижается при частичной нагрузке, а такой режим работы составляет более 90 % времени работы отопительного и охладительного оборудования.

Одним из главных недостатков гетермальных систем на сегодняшний день является высокая стоимость первоначальных капитальных вложений. Поэтому необходимо точно рассчитывать мощность системы и избегать ее излишнего увеличения. Однако, даже в таких условиях геотермальные системы окупаются за 3-7 лет, так как имеют более низкую стоимость произведенной гигакалории среди всех видов топлива, кроме природного газа.

Низкопотенциальный контур может быть выполнен как с открытой циркуляцией, так и закрытой петлей заполненной антифризом.

Геотермальные тепловые насосы изготавливаются в конфигурациях вода-воздух, вода-вода, а так же в виде сплитов вода-воздух. В последнем случае ТН разделяется на два блока - компрессор с водяным теплообменником, и вентилятор с воздушным теплообменником. Между собой блоки Сплита соединяются фреоновой трассой.

В случае, если для низкопотенциального контура используется открытая циркуляция, при проектировании будут необходимы консультации гидрогеолога.

Скважины должны быть грамотно спроектированы и пробурены для обеспечения требуемого расхода; так же необходимо предусмотреть периодическое обслуживание скважин и скважинных насосов.