Er kan energie worden gewonnen door gebruik te maken van het temperatuurverschil tussen het aardoppervlak en diep in de aarde gelegen warmtereservoirs. Beide termen worden door elkaar gebruikt. Bij winning op grotere diepte of bij hogere temperatuur wordt eerder gesproken over geothermie. Bij ondiepe projecten en lage temperatuur zal vaker de term aardwarmte gebruikt worden. Deze aardwarmte kan ingezet worden voor de winning van energie. Vooral in vulkanische streken (IJsland) is geothermische warmte op zo'n geringe diepte aan te treffen, dat winning economisch lonend is.

Ook in Nederland en België is deze techniek in opkomst, met name voor de temperatuurregeling in gebouwen en kassen.

Een andere techniek om de ondergrond te gebruiken voor duurzame energieproductie is koude-warmteopslag. Grondwater, vaak op een diepte van zo'n 100 m, wordt opgepompt en 's winters gebruikt als (basis-)verwarming van gebouwen waarna het weer de bodem wordt ingepompt. In de zomer kan het grondwater dienen als koeling. Minder diep kan ook, zie Warmtepomp.

Aardwarmte kan zowel direct gebruikt worden, bijvoorbeeld om te verwarmen en te koelen, als voor de opwekking van elektrische stroom of in een warmte-krachtkoppeling. Met aardwarmte wordt zowel de wetenschappelijk technische bezigheden met aardwarmte als de wetenschappelijke bezigheden met de thermische situatie van de aarde, geothermiek, bedoeld.