Le magma terrestre étant chaud, la croûte terrestre laisse filtrer cette chaleur. Il existe donc dans cette croûte terrestre (épaisse de 30 à 70 km en moyenne) un gradient de température : plus on creuse, plus la température augmente. Le forage le plus profond jamais creusé, le Forage sg3, a ainsi atteint une température de plus de 180°C en creusant à 12 km de profondeur. La géothermie vise donc à étudier et exploiter ce phénomène d'augmentation de la température en fonction de la profondeur.
La plus grande partie de la chaleur interne de l'eau (87%), est produite par la radioactivité des roches qui constituent le manteau et la croûte terrestre : Radioactivité naturelle produite par la désintégration de l'uranium, du thorium et du potassium (selon le livre "geothermie : du geyser au radiateur" de Jean Michel Coudert)