Чтобы объяснить предельно доступно работу геотермального теплового насоса, используем образное представление этой инновационной системы. Фактически, тепловой насос - это холодильник «наоборот», у которого морозильная камера (испаритель) закопана в землю, а нагреваемая часть, медный змеевик (конденсатор), который находится на задней стороне холодильника, используется для нагрева воды или воздуха. Температура морозильной камеры значительно ниже температуры земли. Температура земли на определенной глубине фактически постоянна и составляет порядка 8-10°С. Таким образом происходит процесс передачи тепла земли к более холодному телу, условной морозильной камере.

По определению, тепловой насос - это термодинамическая установка, в которой тепло от низкопотенциального источника передается к высокопотенциальному, при этом электрическая энергия расходуется только на работу привода (в нашем случае - компрессора).

К 1824, когда Карно опубликовал свой трактат Размышления о движущей силе огня... (Reflections sur la puissance motrice du feu...), и общеизвестному из школьного курса физики тепловой цикл Карно. Практическую теплонасосную систему предложил лорд Кельвин в 1852 г. под названием "умножитель тепла".

Энергетические кризисы 1973 и 1978 годов заставили активизировать разработку теплового насоса для преобразования «низкокачественной» тепловой энергии земли, водоемов, воздуха в «высококачественную», пригодную для отопления помещений. Именно физический процесс передачи тепла от наружной среды к хладагенту, циркулирующему в системе холодильника, стал ключевым в разработке геотермальных систем. В числовом выражении до 80% тепловой энергии, производимой геотермальными системами, - транспортируемая в жилища энергия окружающей среды, способная к самовосстановлению, без нанесения ущерба энергетическому и экологическому балансу Земли.

В отличии от традиционных систем отопления, тепловые насосы используют тепло земли, воды и воздуха для нагрева либо охлаждения помещения.