L'energia geotermica è la forma d'energia dovuta al calore contenuto all'interno della sfera terrestre.

L'energia termica accumulata nel sottosuolo è resa disponibile tramite vettori fluidi (acqua o vapore), naturali o iniettati, che fluiscono dal serbatoio geotermico alla superficie spontaneamente (geyser, soffioni, sorgenti termali) o erogati artificialmente tramite perforazione meccanica (pozzo geotermico).

In Italia esistono due principali aree geotermiche in sfruttamento ad alta entalpia: Larderello-Travale/Radicondoli e Monte Amiata, entrambe posizionate nella Toscana meridionale.

Come funziona una centrale geotermoelettrica
Ci sono 3 grandi tipologie di centrali geotermiche:

a vapore secco, la più antica tecnologia geotermica che estrae il vapore dalle fratture presenti nel terreno e lo usa direttamente per azionare una turbina
flash, trasformano l'acqua bollente profonda e ad alta pressione, in acqua più fredda e a bassa pressione;
binarie, l'acqua bollente viene fatta scorrere accanto a un secondo fluido che ha un punto di ebollizione molto al di sotto rispetto a quello dell'acqua; tutto ciò fa sì che quest'ultimo fluido si trasformi in vapore, il quale poi aziona una turbina.

Nel caso delle centrali a vapore secco dai pozzi il vapore, tramite vapordotti (tubazioni in acciaio coibentato), viene trasportato alla centrale geotermoelettrica per essere immesso nella turbina (una macchina ruotante che trasforma parte del contenuto energetico del vapore in energia meccanica). È poi compito del generatore di corrente, o alternatore, trasformare l'energia meccanica di rotazione della turbina in energia elettrica.

All'uscita della turbina il vapore passa nel condensatore, dove una pioggia di acqua fredda proveniente dalle torri di refrigerazione lo raffredda, condensandolo. Una frazione del fluido così ottenuto viene reintrodotta nel sottosuolo mediante appositi pozzi di reiniezione. Il rimanente evapora nelle torri di refrigerazione ed è immesso nell'atmosfera.

La reiniezione permette di mantenere in equilibrio l'ecosistema grazie alla restituzione di parte delle sostanze estratte; inoltre, restituendo parte del fluido, si riesce a prolungare l'efficienza del serbatoio. Dalla centrale geotermoelettrica escono quindi gli acquedotti che portano i fluidi al sistema di reiniezione ed i conduttori elettrici che portano l'elettricità alla stazione di trasformazione.

Oltre alla geotermia ad alta entalpia, al momento l'unica coltivata in Toscana per la produzione di energia elettrica, e quella a media entalpia, caratterizzata da temperature inferiori, esiste, ed è molto più diffusa, la geotermia a bassa entalpia, che sfrutta il sottosuolo come serbatoio di calore e ne permette un uso diretto. Questa operazione è resa possibile dalle pompe di calore, impianti che non necessitano di condizioni ambientali particolari:  ciò che viene sfruttato è la temperatura costante che il terreno mantiene lungo tutto il corso dell'anno. Normalmente già ad un metro di profondità si riescono ad avere circa 10-15°C sia in estate che in inverno, per cui si utilizza la pompa di calore che sfrutta la differenza di calore fra il terreno e l'esterno per assorbire calore dal terreno e renderlo disponibile per gli usi umani in inverno o per cederlo allo stesso terreno in periodo estivo. Più questa differenza è alta, migliore è il rendimento. La pompa di calore per funzionare necessita di energia elettrica: in condizioni medie per ogni Kw elettrico consumato si ottengono 3 kW termici.