目前一般認為，地下熱水和地熱蒸汽主要是由在地下不同深處被熱岩體加熱了的大氣降水所形成的。地殼中的地熱主要靠傳導傳輸，但地殼岩石的平均熱流密度低，一般無法開發利用，隻有通過某種集熱作用，才能開發利用。例如鹽丘集熱，常比一般沉積岩的導熱率大2～3倍。大盆地中深埋的含水層，也可大量集熱，每當鑽探打到這種含水層，就會出過大量的高溫熱水，這是天然集熱的常見形式。岩漿侵入地殼淺處，是地殼內最強的熱傳導形式。侵入的岩漿體形成局部高強度熱源，為開發地熱能提供了有利條件。岩漿侵入後，冷卻的時間相當長，一般受下列因素影響：
侵入的岩漿總體積；
侵入的深度或岩漿體頂麵的埋深；
侵入岩漿的性質，酸性岩漿溫度較低。約650℃～850℃，基性岩漿溫度較高，1100℃左右，結晶潛熱也有差異，酸性岩漿為65carl／g，基性岩漿80carl／g；
侵入體的形狀；
有無水熱係統。
據科學家推測，一個埋深為4公裏的酸性岩漿侵入體，體積為1000公裏，初始溫度為850℃，若要使侵入體的中心溫度冷卻到300℃，大約需幾十萬年。可見地熱的擴散是非常慢的。換言之，若要利用這種熱能也是比較穩定的。一個天然的溫泉，長年不息地流出地熱水，而且幾百年溫度變化不大。
在地殼中，地熱的分布可分為三個帶，即：可變溫度帶、常溫帶和增溫帶。可變溫度帶，由於受太陽輻射的影響，其溫度有著晝夜、年份、世紀、甚至更長的周期性變化，其厚度一般為15～20m；常溫帶，其溫度變化幅度幾乎等於零，深度一般為20～30m；增溫帶，在常溫帶以下，溫度隨深度增加而升高，其熱量的主要來源是地球內部的熱能。地球每一層次的溫度狀況是很不相同的。在地殼的常溫帶以下，地溫隨深度增加而不斷升高，越深越熱。這種溫度的變化，以“地熱增溫率”來表示，也叫做“地溫梯度”。各地的地熱增溫率，差別是很大的，平均地熱增溫率為每加深100m，溫度升高8℃。到達一定的溫度後，地熱增溫率由上而下逐漸變小。根據各種資料推斷，地殼底部至地幔上部的溫度大約1100℃～1300℃，地核的溫度大約在2000℃～5000℃之間。假如我們按照正常的地熱增溫率來推算，80℃的地下熱水，大致是埋藏在2000～2500m左右的地下。
按照地熱增溫率的差別，我們把陸地上的不同地區劃分為“正常地熱區”和“異常地熱區”。地熱增溫率接近3℃的地區，稱為“正常地熱區”。遠超過3℃的地區，稱為“異常地熱區”。在正常地熱區，較高溫度的熱水或蒸汽埋藏在地殼的較深處。在異常地熱區，由於地熱增溫率較大，較高溫度的熱水或蒸汽埋藏在地殼的較淺部位，有的甚至露出地表。那些天然出露的地下熱水或蒸汽叫做溫泉。溫泉是在當前技術水平下最容易利用的一種地熱資源。在異常地熱區，除溫泉外，人們也較易通過鑽井等人工方法把地下熱水或蒸汽引導到地麵上來加以利用。