Naudodamas natūralias Žemės savybes, žemės šilumos siurblys gali valdyti galimybę šildyti ir vėsinti plotą. Žemės šilumos siurblys naudoja geoterminės energijos sąvoką. Norint panaudoti geoterminę energiją kaip šildymo sistemą, šilumos siurblys pastatomas kur nors viršutiniame 10 pėdų (3.05 m) atstumu nuo Žemės paviršiaus, kur temperatūra išlieka stabili nuo 50° iki 61°F (apie 10°-16°C) per metus. apvalus. Tai reiškia, kad sistema žiemą šildys namą ar pastatą, o vasarą – vėsins, veikdama kaip šilumos kriaukle.
Norint pastatyti žemės šilumos siurblį, po žeme reikia pastatyti varinių arba polietileninių vamzdynų sistemą ir užpildyti šaltnešiu. Kai siurblys perkelia skystį vamzdynu, jį vėsina arba pašildo žemė, o tai galiausiai įneša į patalpą temperatūros stabilizavimo jėgas. Ši sąvoka žinoma kaip tiesioginiai mainai.
Įmonės, kuriančios geoterminės energijos šildymo sistemas, projektuoja procesą vienu iš dviejų būdų: vandens–oro arba vandens–vandens perdavimo. Vanduo-oras siurbliai primena standartinius oro kondicionavimo įrenginius, naudojant žemės šilumos siurblio aušinimo ir šildymo komponentus oro temperatūrai reguliuoti per vėdinimą. Kita vertus, „vanduo-vanduo“ sistemos veikia kaip tradicinis katilas, šildymo vandens vamzdžiai, einantys visame pastate.
Vienas didžiausių žemės šilumos siurblių technologijos potencialų yra tai, kad ji laikoma viena iš šiuolaikinių ekologiškų šildymo sistemų, prieinamų vartotojams. Kadangi sistemos nenaudoja jokio kuro ar chemikalų šildymui ar vėsinimui, poveikis aplinkai iš esmės yra nereikšmingas. Tradicinės šildymo ir vėsinimo formos naudoja degimą vandeniui ir orui šildyti, o aušinimo mechanizmuose dažniausiai naudojamas freonas – atmosferai pavojingas junginys. Remiantis JAV Energetikos informacijos administracijos duomenimis, žemės šilumos siurblių sistemos vidutiniškai sutaupo 5,500 tonų anglies dvideginio.
Pirmą kartą geoterminė energija žemės siurblių pavidalu buvo panaudota praėjusio amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje, tačiau buvo gana brangi. XXI amžiaus pradžioje kiekvieno vieneto kaina sumažėjo iki maždaug 1940 JAV dolerių (USD) už toną talpos. Šis veiksnys paskatino susidomėjimą technologijomis daugelyje ekonomikos sektorių.