Pembangkit listrik panas bumi bekerja dengan mengekstraksi energi dari panas jauh di dalam Bumi. Di beberapa tempat, seperti pulau Islandia, Filipina, dan Jepang, sumber air panas panas bumi adalah umum, membuat energi mudah diakses. Di tempat lain, panas yang cukup hanya ditemukan lebih dari satu mil (1.6 km) di bawah permukaan, membuat ekstraksi energi panas bumi tidak praktis. Lubang yang digali sampai ke tingkat ini di mana saja biasanya dapat digunakan untuk menghasilkan energi panas bumi.
Stasiun pertama untuk pembangkit listrik tenaga panas bumi dibangun pada tanggal 4 Juli 1904, di ladang uap kering Larderello di Italia dan diuji oleh Pangeran Piero Ginori Conti, membuat penggunaan pembangkit listrik tenaga panas bumi berumur lebih dari satu abad. Namun, pembangkit listrik panas bumi bukanlah sumber energi utama di seluruh dunia, hanya menghasilkan sekitar 0.1% dari kekuatan global, atau kapasitas sekitar 100 gigawatt. Energi panas bumi hanya digunakan secara luas oleh negara-negara Filipina dan Islandia, di mana mereka menghasilkan 15-20% pembangkit listrik.
Metode operasi yang paling umum dari pembangkit panas bumi adalah siklus biner, di mana air yang cukup panas dari sumber panas panas bumi dangkal dilewatkan melalui pipa, yang disebut penukar panas, yang mengandung cairan sekunder — biasanya butana atau pentana hidrokarbon — dengan titik didih jauh. lebih rendah dari air. Panas menyebabkan cairan sekunder berkedip menjadi uap, yang menggerakkan turbin yang menghasilkan listrik. Cairan tersebut kemudian dikondensasikan kembali dan digunakan untuk siklus yang lebih banyak. Tekanan fluida sekunder biasanya cukup tinggi, sekitar 500 PSI.
Energi panas bumi batuan kering panas adalah jenis lain dari pembangkit listrik panas bumi; metode ini memompa air jauh ke dalam Bumi, membuatnya bersentuhan dengan batu panas dan kering yang memberi nama metode ini. Batu tersebut memanaskan air, yang kemudian dipompa keluar dan digunakan baik secara langsung dengan turbin uap, atau dipompa melalui sistem siklus biner. Juga dikenal sebagai Sistem Panas Bumi yang Ditingkatkan, pembangkit ini memiliki masa manfaat sekitar 20 hingga 30 tahun sebelum batuan mendingin terlalu jauh untuk pembangkit menjadi ekonomis. Panas penuh pulih dalam 50-100 tahun.
Jenis lain dari pembangkit listrik panas bumi adalah flash steam plant. Pembangkit ini menarik air panas bertekanan tinggi dari dalam bumi ke dalam tangki, di mana penurunan tekanan menyebabkan air meledak menjadi uap, yang kemudian digunakan untuk memutar turbin. Salah satu jenis tertua adalah panas langsung, yang menarik air panas dari dekat permukaan bumi ke dalam pipa untuk digunakan untuk memanaskan bangunan, memanaskan air untuk budidaya ikan, menanam tanaman di rumah kaca, mempasteurisasi susu, dll. Ini hanya berfungsi di daerah yang cukup panas. air tersedia di dekat permukaan.