Las bombas de calor geotérmicas (GHP, por sus siglas en inglés), a veces denominadas bombas de calor geotérmicas, geotérmicas, geotérmicas o de agua, han estado en uso desde finales de la década de 1940. Utilizan la temperatura relativamente constante de la tierra como medio de intercambio en lugar de la temperatura del aire exterior.

Aunque muchas partes del país experimentan temperaturas extremas estacionales, desde un calor abrasador en el verano hasta un frío bajo cero en el invierno, a unos pocos pies por debajo de la superficie de la tierra, el suelo permanece a una temperatura relativamente constante. Dependiendo de la latitud, la temperatura del suelo varía de 45 °F (7 °C) a 75 °F (21 °C). Al igual que una cueva, esta temperatura del suelo es más cálida que el aire que está sobre ella durante el invierno y más fría que el aire en el verano. El GHP aprovecha estas temperaturas más favorables para volverse altamente eficiente intercambiando calor con la tierra a través de un intercambiador de calor terrestre.

Al igual que con cualquier bomba de calor, las bombas de calor geotérmicas y de fuente de agua pueden calentar, enfriar y, si están equipadas, suministrar agua caliente a la casa. Algunos modelos de sistemas geotérmicos están disponibles con compresores de dos velocidades y ventiladores variables para mayor comodidad y ahorro de energía. En comparación con las bombas de calor de fuente de aire, son más silenciosas, duran más, necesitan poco mantenimiento y no dependen de la temperatura del aire exterior.

Una bomba de calor de doble fuente combina una bomba de calor de fuente de aire con una bomba de calor geotérmica. Estos electrodomésticos combinan lo mejor de ambos sistemas. Las bombas de calor de doble fuente tienen índices de eficiencia más altos que las unidades de fuente de aire, pero no son tan eficientes como las unidades geotérmicas. La principal ventaja de los sistemas de doble fuente es que su instalación cuesta mucho menos que una sola unidad geotérmica y funcionan casi igual de bien.

Aunque el precio de instalación de un sistema geotérmico puede ser varias veces mayor que el de un sistema de fuente de aire de la misma capacidad de calefacción y refrigeración, los costos adicionales pueden devolverse en ahorros de energía en 5 a 10 años, dependiendo del costo de la energía y incentivos disponibles en su área. La vida útil del sistema se estima en hasta 24 años para los componentes internos y más de 50 años para el bucle de tierra. Hay aproximadamente 50 000 bombas de calor geotérmicas y 50 000 termostatos de bomba de calor instalados en los Estados Unidos cada año.