Le pompe di calore ad energia geotermica sono già piuttosto diffuse negli Stati Uniti, in Canada, in Australia e nel Nordeuropa. Questa tecnologia sfrutta il calore che viene accumulato dal terreno e che già a pochi metri di profondità si mantiene a temperature pressoché costanti durante l'arco dell'intero anno. Con il sistema geotermico si può predisporre un impianto unico a doppia funzione di riscaldamento e condizionamento.

I componenti del sistema sono:

1. Una normale pompa di calore installata all'interno del
l'edificio.
2. Un insieme di tubi in polietilene interrati in modo fun
zionale allo scambio di calore con il terreno. I tubi possono
essere interrali orizzontalmente o verticalmente se lo spazio disponibile è limitato. Lunghezza e profondità dipendono dalle condizioni specifiche (latitudine, tipo di sottosuolo, necessità termichc dell'edificio). Qualora sia presente un lago, anziché nel terreno i tubi possono essere posizionati nell'acqua, con la quale scambiano calore altrettanto efficacemente.
3. Un sistema per lo scambio di calore con l'ambiente interno, che può essere realizzato con bocchette per il passaggio di aria scaldata oppure con pannelli radianti.

In inverno, quando i tubi provenienti dal terreno giungono alla pompa di calore, vengono a contatto con le spire di un evaporatore contenenti un liquido refrigrante che, per effetto del calore dei tubi, evapora e viene inviato a un compressore ove, altamente compresso e surriscaldato, passa allo scambiatore e cede il suo calore all'ambiente interno. Una volta raffreddato, il refrigerante torna allo stato liquido e si riavvia il ciclo. In estate il ciclo viene invertito in modo che il sistema anziché scaldarlo raffreschi l'ambiente cedendo al terreno il calore estratto dai locali interni, che può anche essere riutilizzato per scaldare l'acqua sanitaria.

Normalmente il sistema sfrutta tubi a circuito chiuso; esistono però anche conformazioni che pescano acqua da una falda, sfruttando le spiccate proprietà termiche dell'acqua. La manutenzione è molto semplice e limitata ai filtri dell'aria. Se ben realizzato il sistema presenta un'alta efficienza, superiore a quella delle pompe di calore convenzionali.