Koristeći prirodna svojstva Zemlje, toplinska pumpa iz zemlje može kontrolirati sposobnost grijanja i hlađenja područja. Toplinska pumpa iz zemlje koristi koncept geotermalne energije. Za korištenje geotermalne energije kao sustava grijanja, toplinska pumpa se postavlja negdje unutar gornjih 10 stopa (3.05 m) Zemljine površine gdje temperatura ostaje stabilizirana između 50° do 61°F (oko 10° do 16°C) godine krug. To znači da će sustav grijati nečiju kuću ili zgradu tijekom zime, a hladiti je tijekom ljeta djelujući kao hladnjak.
Za izgradnju toplinske crpke iz zemlje, sustav bakrenih ili polietilenskih cjevovoda mora se postaviti ispod zemlje i napuniti rashladnim sredstvom. Kako pumpa pomiče tekućinu kroz cjevovod, ona se hladi ili zagrijava od tla, u konačnici dovodeći sile stabilizacije temperature u prostoriju. Ovaj koncept je poznat kao izravna razmjena.
Tvrtke koje grade sustave grijanja geotermalne energije projektiraju proces na jedan od dva načina: prijenos voda-zrak ili prijenos voda-voda. Pumpe voda-zrak podsjećaju na standardne klimatizacijske jedinice, koristeći komponente za hlađenje i grijanje toplinske pumpe tla za podešavanje temperature zraka kroz ventilaciju. Sustavi voda-voda, s druge strane, rade više kao tradicionalni bojler, grijajući vodene cijevi koje prolaze kroz zgradu.
Jedan od najvećih potencijala tehnologije toplinske pumpe na zemljištu je činjenica da se smatra jednim od modernih zelenih sustava grijanja koji su dostupni potrošačima. Budući da sustavi ne koriste gorivo ili kemikalije za zagrijavanje ili hlađenje, utjecaj na okoliš je u osnovi zanemariv. Tradicionalni oblici grijanja i hlađenja koriste izgaranje za zagrijavanje vode i zraka, dok rashladni mehanizmi obično koriste freon, spoj opasan za atmosferu. Procjenjuje se da će sustavi toplinskih pumpi iz zemlje uštedjeti prosječno 5,500 tona emisija ugljika prema američkoj Upravi za energetske informacije.
Prvo korištenje geotermalne energije u obliku zemaljskih pumpi došlo je 1940-ih, ali su bile relativno skupe. Od početka 21. stoljeća, troškovi svake jedinice pali su na otprilike 2,500 američkih dolara (USD) po toni kapaciteta. Ovaj čimbenik je potaknuo zanimanje za tehnologiju u mnogim sektorima gospodarstva.