Im Inneren der Erde ist eine gigantische Menge Energie in Form von Wärme gespeichert. Rund 99 % der Erdmasse sind heißer als 1.000 °C und nur 0,1 % weisen Temperaturen unter 100 °C auf. Diese Wärme ist jedoch nicht gleichmäßig in der Erde verteilt. Sie nimmt vom rund 5.000-7.000 °C heißen Erdkern zur durchschnittlich 15 °C „kühlen“ Erdoberfläche hin ab. Allein die oberen 10 km der Erdkruste, also ein sehr kleiner und vergleichsweise kalter Teil der Erde, bergen mit rund 100.000.000 Exa-Joule (EJ) an Wärmeenergie das theoretische Potenzial zur mehr als 100.000-fachen Deckung des gesamten aktuellen Energieverbrauchs der Erde (2010: ~505EJ).

Der Ursprung dieser geothermischen Energie liegt in sehr unterschiedlichen Quellen:

• Ein großer Teil der Wärme stammt aus der Zeit der Erdentstehung vor 4,7 Mrd. Jahren. 30-50 % der vorhandenen Erdwärme werden als Restwärme der damaligen Prozesse angesehen (Restwärme und Akkretionswärme).
• Mit einem Anteil von 50-70 % wird der Hauptteil jedoch auf den Zerfall natürlicher radioaktiver Elemente in den Gesteinen zurückgeführt. Der Zerfall ist ein andauernder Prozess und sorgt für einen stetigen Wärmenachschub.
• Saisonale Einflüsse zeigen sich nur in den obersten Metern der Erdkruste. 

Der natürliche Zerfall der im Erdkörper vorhandenen radioaktiven Isotope wie Uran 238, Uran 235, Thorium 232 oder Kalium 40 setzt Wärme frei. Nach heutiger Vorstellung wird davon ausgegangen, dass diese radioaktiven Elemente in den Gesteinen der kontinentalen Kruste angereichert sind.

In den obersten Metern der Erdkruste wird die Temperatur des Untergrundes durch das Klima und das Wetter beeinflusst. Dies zeigt sich darin, dass der Boden im Winter bis in etwa ein Meter Tiefe gefroren sein kann, während er sich im Sommer aber erwärmt. Der Wärmeeintrag erfolgt durch die Sonneneinstrahlung, durch den Wärmeaustausch mit der Luft und durch versickerndes Regenwasser.

Die jahreszeitenabhängige Temperatureinwirkung, auch Jahresgang genannt, geht mit zunehmender Tiefe zurück. In etwa 20 Metern Tiefe herrscht ein Gleichgewichtszustand zwischen Außen- und Innentemperatur der Erde. Dort sind die klimatisch bedingten Schwankungen nicht mehr feststellbar und die Temperatur entspricht ganzjährig der Jahresmitteltemperatur am jeweiligen Standort. In Deutschland betragen die Temperaturen in 10-20 Metern Tiefe daher ca. 8-12 °C. Mit zunehmender Tiefe steigt die Temperatur entsprechend dem terrestrischen Wärmestrom aus der Tiefe und dem daraus resultierenden geothermischen Gradienten an. In Mitteleuropa nimmt die Temperatur um etwa 3 °C pro 100 Meter Tiefe zu.