Geothermie bietet als regenerative und grundlastfähige Energiequelle sowohl das Potenzial zur Wärme- sowie zur Stromerzeugung. Die mit zunehmender Tiefe steigende Gebirgstemperatur resultiert aus der während der Erdentstehung gebildeten Akkretionswärme sowie durch den kontinuierlichen Zerfall natürlicher Radionuklide. Die Zunahme der Gebirgstemperatur lässt sich durch den sogenannten geothermischen Gradienten ausdrücken und beträgt im Norddeutschen Becken ca. 3 K/100 m.

Grundsätzlich lassen sich geothermische Anwendungen anhand der geplanten Tiefe in (I) Oberflächennahe Geothermie und (II) Tiefe Geothermie unterscheiden. Von Oberflächennahen Systeme spricht man bis Tiefen von 400 m während die Tiefe Geothermie ab 400 m beginnt.

Weiterhin lassen sich geothermische Anwendungen anhand ihrer Bauart bzw. Gebirgsanbindung klassifizieren. Als Geschlossene Systeme bezeichnet man geothermische Anwendungen, die einen geschlossen Fluidkreislauf besitzen und keine Grund- bzw. Thermalwasserförderung zur Wärmegewinnung benötigen. Hauptanwendung finden diese Systeme z.B. als Erdwärmesonden in der Oberflächennahen Geothermie. Jedoch sind auch Tiefe Erdwärmesonden möglich.

Offene Systeme nutzen die natürlichen Thermalwässer direkt, indem diese gefördert und nach dem Prozess des Wärmetauschens wieder reinjiziert werden. Offene Systeme finden überwiegend in der Tiefen Geothermie ihre Anwendung und lassen sich in (I) Hydrothermale Systeme und (II) Petrothermale Systeme unterteilen. Diese Untergliederung basiert auf den natürlichen Reservoireigenschaften. Hydrothermale Systeme nutzen das in natürlichen Poren- und Kluftgrundwasserleitern fließende Thermalwasser. Petrothermale Systeme zielen auf hydraulisch dichte Gesteinsschichten (z.B. kristallines Grundgebirge) ab, in dem ingenieurtechnisch ein künstlicher Kluftwärmetauscher erzeugt wird.

Darüber hinaus gibt es Sondernutzungsformen wie saisonale Wärmespeicher oder geothermische Anwendungen in Berg- oder Tunnelbauwerken.