انرژی زمین‌گرمایی انرژی حرارتی موجود در پوسته جامد زمین است. این انرژی در امتداد مرزهای صفحات تکتونیکی، در نواحی شناخته شده آتشفشانی و زلزله‌خیز که دارای شکستگیها و گسلهای فراوانی هستند، از تمرکز بیشتری برخوردار است.[چطور زلزله می‌شود؟]
بطورکلی هرچه از سطح زمین به سمت عمق پیش برویم، درجه حرارت افزایش می‌یابد و بطور متوسط به ازاء هر 100 متر عمق، 3 درجه سانتی‌گراد دما بالا می‌رود.
به عبارت دیگر در عمق 2 کیلومتری سطح زمین، درجه حرارت حدود 70درجه سانتیگیراد است اما در بعضی نقاط، فعالیت‌های تکتونیکی باعث جاری‌شدن گدازه‌های داغ یا مذاب به سمت سطح‌زمین و در نهایت تشکیل منابعی با درجه حرارت بالا در سطح قابل دسترس از زمین می‌شود.
انرژی زمین‌گرمایی در واقع انرژی تجدیدپذیری است که از گرمای ماگمای داغ و تخریب مواد رادیواکتیو موجود در اعماق زمین بدست می‌آید.
با قرار گرفتن لایه‌های حاوی منابع آب‌های زیرزمینی در جوار لایه‌های حاوی گدازه‌های داغ، حرارت به منبع آب زیرزمینی منتقل شده و سپس این منابع آب‌داغ یا از طریق گسلها و شکستگیهای فراوان و مرتبط به هم مستقیماً به صورت چشمه‌های طبیعی آب یا بخارداغ و بعضاً در فشارهای بالای مخازن بصورت آبفشان و یا فومرول (دودخان) در سطح زمین ظاهر می‌شوند و یا اینکه از طریق حفاری چاههای اکتشافی، می‌توان به آب یا بخارداغ محصور در اعماق دسترسی پیدا و از آن در تولید برق بهره‌برداری کرد. البته پس از استحصال حرارت از آب‌داغ، آب‌سرد باقی مانده از طریق چاه تزریقی وارد زمین شده و این چرخه مجدداً تکرار می‌شود.
شایان ذکر است که نباید از انرژی زمین‌گرمائی بیش از مقدار بازیابی آن بهره‌برداری کرد تا عواقب زیست‌محیطی منفی در پی نداشته باشد. بهره‌برداری از انرژی زمین‌گرمائی اندیشه جدیدی نیست و از ابتدای قرن حاضر تلاش‌های زیادی به منظور تبدیل این انرژی به برق صورت گرفته است اما انگیزه واقعی بهره‌برداری از این نوع انرژی به بعد از سال‌های 1974-1973 بر می‌گردد.
در سیستم زمین‌گرمائی هیدروترمال اساس کار مشابه صنعت نفت است. بدین معنی که در مناطقی از زمین مخازن آب‌داغی وجود دارد که باید اکتشاف و استخراج گردد. آب‌داغ استخراج شده بسته به کیفیت منبع و دمای آب و فشار مخزن می‌تواند جهت تولید برق یا کاربردهای گرمایشی استفاده شود.
در حال حاضر مخازن زمین‌گرمائی به سه گروه تقسیم‌بندی می‌شوند:
دسته اول: مخازن دما بالا با دمای بالاتر از °C 150 که مناسب برای تولید برق با تکنیک‌های معمولی است.
دسته دوم: مخازن با دمای بین 100 الی °C 150 که مناسب برای تولید برق با تکنیک‌های پیشرفته‌تر باینری هستند.
دسته سوم: مخازن دما پائین با دمای کمتر از °C 100 که برای کاربردهای مستقیم مناسب است.
در ایران نیز با مطالعات انجام شده از طریق چاه پیمایی 14 منطقه مستعد تعیین شده که تنها در یک منطقه اکتشاف با حفر سه حلقه چاه ظرفیت 250 MW بدست آمده است.
عکس‌هایی از نیروگاه زمین گرمایی مشکین شهر: