Geotermisk kraftgenerering fungerar genom att utvinna energi från värme djupt inne i jorden. På vissa platser, som öarna Island, Filippinerna och Japan, är geotermiska varma källor vanliga, vilket gör energin lättillgänglig. På andra platser finns tillräckligt med värme bara mer än en mil (1.6 km) under ytan, vilket gör utvinning av geotermisk energi opraktisk. Hål grävda ner till denna nivå var som helst kan vanligtvis användas för att producera geotermisk energi.
Den första stationen för geotermisk kraftgenerering byggdes den 4 juli 1904 vid torrångfältet Larderello i Italien och testades av prins Piero Ginori Conti, vilket gjorde användningen av geotermisk kraftproduktion drygt ett sekel gammal. Ändå är geotermisk kraftproduktion inte en viktig energikälla i hela världen, den utgör bara cirka 0.1 % av den globala kraften, eller en kapacitet på cirka 100 gigawatt. Geotermisk energi används bara i stor utsträckning av länderna på Filippinerna och Island, där de utgör 15-20 % av elproduktionen.
Den vanligaste metoden för drift av en geotermisk anläggning är den binära cykeln, där måttligt hett vatten från grunda geotermiska värmekällor leds över rör, kallade en värmeväxlare, som innehåller en sekundär vätska – typiskt butan eller pentankolväte – med en kokpunkt som är mycket lägre än vatten. Värmen får sekundärvätskan att blixtrar till ånga, vilket driver turbiner som genererar elektricitet. Vätskan återkondenseras sedan och används i fler cykler. Trycket på den sekundära vätskan är vanligtvis ganska högt, runt 500 PSI.
Geotermisk energi i varm torr bergart är en annan typ av geotermisk kraftproduktion; denna metod pumpar vatten djupt in i jorden och sätter det i kontakt med den varma, torra sten som ger metoden dess namn. Berget värmer vattnet, som sedan pumpas ut och används antingen direkt med ångturbiner, eller pumpas genom ett binärt cykelsystem. Även kända som Enhanced Geothermal Systems, har dessa anläggningar en livslängd på cirka 20 till 30 år innan berget kyls ner för mycket för att anläggningen ska vara ekonomisk. Full värme återvinns på 50-100 år.
En annan typ av geotermisk kraftproduktion är flash ånganläggningar. Dessa anläggningar drar hett högtrycksvatten från djupet av jorden upp i tankar, där tryckfallet gör att vattnet bryter ut till ånga, som sedan används för att förvandla turbiner. En av de äldsta typerna är direktvärme, som drar varmvatten från nära jordytan in i rör för att värma byggnader, värma vatten för fiskodling, odla växter i växthus, pastörisera mjölk etc. Detta fungerar bara i områden där tillräckligt varmt vatten finns nära ytan.