Il s'agit principalement d'extraire la chaleur contenue dans le sous-sol afin de l'utiliser pour les besoins en chauffage. Les transferts thermiques peuvent aussi dans certains cas être inversés pour les besoins d'une climatisation.
Les procédés d'extraction de l'énergie diffèrent suivant les solutions retenues par les constructeurs. La méthode utilisée pour assurer les transferts thermiques influe beaucoup sur le rendement de l'ensemble. Comme véhicule thermique on utilise de l'eau ou de l'eau avec un glycol ou directement le fluide frigorigène. La géothermie peu profonde et basse température utilisera donc de plus en plus la chaleur de la terre dans le sol. En dessous de 15 ft (environ 4,50 mètres), la température du sol est constante tout au long de l'année avec une température moyenne de 53°F (11,66°C). La profondeur du forage est en fonction du type de géothermie : en détente directe (utilisation d'un fluide frigorigène dans les sondes géothermiques), elle sera en moyenne de 30 mètres, pour les sondes à eau glycolée entre 80 et 120 mètres selon les installations.
Dans le cas de la géothermie d'eau, ou aquathermie, ou hydrothermie, plusieurs schémas d’installation existent :
* forage unique : un ou plusieurs forages de pompage sans forage de réinjection
* doublet : un ou plusieurs forages de pompage et un ou plusieurs forages de réinjection
o doublet non réversible : chaque forage fonctionne toujours en pompage ou en injection
o doublet réversible : chaque forage fonctionne alternativement en pompage et en injection
En général le principe du « doublet géothermique » est retenu pour augmenter la durée de vie de l'exploitation de la nappe phréatique dans laquelle on puise l'eau chaude. Le principe est de faire deux forages : le premier pour puiser l'eau, le second pour la réinjecter dans la nappe. Les forages peuvent être éloignés l'un de l'autre (un à chaque extrémité de la nappe pour induire un mouvement de circulation d'eau dans la nappe, mais ce n'est pas pratique d'un point de vue de l'entretien) ou rapprochés de quelques mètres mais avec des forages obliques (toujours dans le but d'éloigner les points de ponction et de réinjection de l'eau).[réf. nécessaire]
Dans les autres cas de géothermie verticale il n'y a pas de contraintes particulières.