Proizvodnja geotermalne energije radi izvlačenjem energije iz topline duboko unutar Zemlje. Na nekim mjestima, kao što su otoci Island, Filipini i Japan, geotermalni topli izvori su uobičajeni, što energiju čini lako dostupnom. Na drugim mjestima, dovoljno topline nalazi se samo više od jedne milje (1.6 km) ispod površine, što vađenje geotermalne energije čini nepraktičnim. Rupe iskopane do ove razine bilo gdje obično se mogu koristiti za proizvodnju geotermalne energije.
Prva postaja za proizvodnju geotermalne energije izgrađena je 4. srpnja 1904. na polju suhe pare Larderello u Italiji i testirana od strane princa Piera Ginorija Contija, čime je korištenje geotermalne energije staro nešto više od stoljeća. Ipak, proizvodnja geotermalne energije nije glavni izvor energije u cijelom svijetu, čini samo oko 0.1% globalne energije, odnosno kapaciteta od oko 100 gigavata. Geotermalnu energiju uveliko koriste samo zemlje Filipini i Island, gdje one čine 15-20% proizvodnje električne energije.
Najčešći način rada geotermalnog postrojenja je binarni ciklus, pri čemu se umjereno topla voda iz plitkih geotermalnih izvora topline prenosi preko cijevi, zvanih izmjenjivač topline, koji sadrži sekundarni fluid — obično butan ili pentanski ugljikovodik — s točkom vrelišta mnogo niže od vode. Toplina uzrokuje bljesak sekundarne tekućine u paru, koja pokreće turbine koje proizvode električnu energiju. Tekućina se zatim ponovno kondenzira i koristi za više ciklusa. Tlak sekundarne tekućine je obično prilično visok, oko 500 PSI.
Geotermalna energija vruće suhe stijene još je jedna vrsta proizvodnje geotermalne energije; ova metoda pumpa vodu duboko u Zemlju, stavljajući je u kontakt s vrućim, suhim kamenom po čemu je metoda dobila ime. Stijena zagrijava vodu, koja se zatim ispumpava i koristi izravno s parnim turbinama ili se pumpa kroz sustav binarnog ciklusa. Također poznate kao poboljšani geotermalni sustavi, ova postrojenja imaju vijek trajanja od oko 20 do 30 godina prije nego što se stijena previše ohladi da bi postrojenje bilo ekonomično. Puna toplina se obnavlja za 50-100 godina.
Druga vrsta proizvodnje geotermalne energije su elektrane na paru. Ove biljke povlače vruću vodu pod visokim pritiskom iz duboko u Zemlji u spremnike, gdje pad tlaka uzrokuje da voda prsne u paru, koja se zatim koristi za okretanje turbina. Jedna od najstarijih vrsta je izravna toplina, koja povlači toplu vodu iz blizine Zemljine površine u cijevi za grijanje zgrada, zagrijavanje vode za uzgoj ribe, uzgoj biljaka u staklenicima, pasterizaciju mlijeka, itd. Ovo radi samo u područjima gdje je dovoljno vruće voda je dostupna blizu površine.