地緣熱泵原理冬季供暖提供從源中提取熱量和轉移到建設。理論上，可以提取熱量從任何來源，不管有多冷，而是一個溫暖的來源允許更高的效率。地源熱泵應用層的上層地殼（通常為三到500英尺深）作為熱源，從而以其季節性溫度適中的優勢。
在夏天，這個過程可以扭轉，熱泵提取熱量的建設和轉讓到地面。熱量轉移到涼爽的空間占用較少的能源，所以冷卻熱泵效率降低地面溫度從獲取利益。
地源熱泵機組必須有一個熱交換器接觸地面或地下水提取或散熱。這部分占五分之一到一半的總系統成本，而且往往是最麻煩的部分修理或更換。目前他們往往是設計有最小的安裝成本，而不是凍結在地面上。即使下輕微上漿這部分導致減少能源效率和增加電費。在長期來看，這會導致凍結的地面，造成上升的電力成本和熱泵自動停止防止凍害的冷凝器。在漿紗這部分往往是非常有益的長期：系統的能量效率提高約百分之4，每度而已，不會經過上漿。花更多的錢在漿紗地源通常是更經濟，比把同樣的錢上更好地熱泵。
淺層（3英尺）水平換熱器的經驗，由于季節溫度循環太陽能收益和損失的空氣在地面水平。這些溫度的周期滯后，因為季節的熱慣性，因此換熱器將收獲熱交存的太陽在幾個月前，在被壓在冬末春，由于積累的冬天的寒冷。深垂直系統（100 - 500英尺）依靠從周圍的熱遷移地質，除非他們充電，每年由空調熱廢氣或屋頂系統。
幾個主要的設計可供選擇，這是由液體和布局分類。直接交換系統循環制冷劑在地下，閉環系統使用的防凍液和水的混合物，以及開環系統使用天然地下水。
直接交換
主要文章：地源熱泵機組
在地熱熱泵的直接交流是最古老的地源熱泵技術。它是最簡單和最容易理解的。地面耦合是通過一個回路中循環的制冷劑熱力直接與地面接觸（而不是一個制冷劑循環組合和水循環）。這個制冷劑熱泵設備柜，通過循環一個循環銅管埋入地下，熱交換，然后返回到地面泵。名字中的“直接交流”是指制冷劑之間的熱傳遞和地面不使用中間流體。不存在直接的相互作用的流體和地球；只有通過傳熱管壁。直接交換熱泵不要混淆“水源熱泵”或“水環熱泵”由于沒有在地上的水循環。協會定義的“土壤源熱泵包括閉環和直接交換系統，而不包括開放式循環。
直接交換系統明顯更有效（現在的差距是封閉的）和有可能降低安裝成本比閉式循環水系統。銅的高導熱性有助于更高的系統效率，但熱的流動主要是由地面的導熱性，不是管。主要原因是較高的效率是消除水泵（用電），消除了水熱交換器（這是熱損失），最重要的是，潛熱相變的制冷劑在地面本身。