地熱熱泵（GHP）是中央加熱和/或冷卻系統，將熱量傳遞給或從地面。

它始終不間斷地使用地球作為熱源（在冬天）或散熱器（在夏天）。這種設計利用了地面適中的溫度來提高效率并降低加熱和冷卻系統的運營成本，并且可以與太陽能加熱相結合以形成效率更高的地熱系統。它們也以其他名稱而聞名，包括地交換，地球耦合的地球能源系統。工程界和科學界更喜歡使用術語“?地熱交換?”或“?地源熱泵?”，以避免與傳統的地熱發電相混淆。它使用高溫熱源發電。地源熱泵收集從太陽能吸收到地球表面的熱量。6米（20英尺）以下的地面溫度大致等于當地的年平均氣溫（MAAT）。

根據緯度，地球表面上方6米（20英尺）以下的溫度保持接近恒定的溫度，反映出平均年平均氣溫（在許多地區，介于10至16°C / 50至60°F之間），如果溫度不因熱泵的存在而受到干擾。像冰箱或空調一樣，這些系統使用熱泵迫使熱量從地面傳遞。熱泵可以逆著自然流動方向將熱量從涼爽的空間傳遞到溫暖的空間，或者它們可以增強自然的熱量從溫暖的區域傳遞到涼爽的空間。熱泵的核心是通過蒸氣壓縮制冷泵送的制冷劑回路循環熱量。空氣源熱泵通常比純電加熱器更有效地加熱，即使從寒冷的冬季空氣中提取熱量，盡管隨著外部氣溫下降到5°C（41°F）以下，效率開始顯著下降。甲地源熱泵熱交換與地面。由于全年地下溫度比空氣溫度更穩定，因此能源效率更高。由于熱慣性，季節性變化會隨著深度的增加而下降，并在7米（23英尺）以下到12米（39英尺）以下消失。像一個山洞，冬季淺層地面溫度高于上方的空氣，夏季則低于夏季的空氣。地源熱泵在冬天提取地熱（用于加熱），并在夏天將熱量傳遞回地下（用于冷卻）。某些系統設計為只能根據氣候在一種模式下運行，即加熱或冷卻。

在冬天最冷的夜晚，地熱泵系統達到相當高的性能系數（CoP），為3至6，而在寒冷的日子，地源熱泵系統的系數為1.75–2.5。地源熱泵（GSHP）是提供HVAC和水加熱的最節能技術之一。

設置成本高于傳統系統，但通常會在3到10年的時間內節省能源。地熱熱泵系統得到制造商的合理保證，內部組件的使用壽命估計為25年，接地回路的使用壽命為50年以上。截至2004年，全球已安裝超過100萬臺設備，提供12吉瓦的熱容量，年增長率為10％。

熱泵的凈熱效率應考慮到發電和傳輸效率，通常約為30％。由于熱泵移動的熱能比其消耗的電能多三到五倍，因此總的能量輸出遠大于電能輸入。與輻射電熱為100％效率相比，這導致凈熱效率大于300％。傳統的燃燒爐和電加熱器的效率永遠不能超過100％。

與空氣源熱泵相比，地熱熱泵可減少能源消耗和相應的空氣污染排放，與標準空調設備的電阻加熱相比，可減少多達44％，與電阻加熱相比，可減少多達72％。

凈熱效率對電力基礎設施的依賴性對于消費者而言往往是不必要的麻煩，并且不適用于水力發電，因此熱泵的性能通常表示為熱量輸出或熱量去除量與電力輸入的比率。冷卻性能通常表示在BTU /小時/瓦為單位的能量效率比（EER），同時加熱性能通常降低到無量綱單位的性能系數。轉換系數為3.41 BTU /小時/瓦。性能受已安裝系統的所有組件的影響，包括土壤條件、地面耦合熱交換器、熱泵設備和建筑物的分布，但很大程度上取決于輸入溫度和輸出溫度之間的“升高” 。

高效的壓縮機，變速壓縮機和更大的熱交換器都有助于提高熱泵效率。當今市場上的住宅地面源熱泵的標準COP范圍從2.4到5.0，EER范圍從10.6到30。要獲得能源之星標簽的資格，熱泵必須滿足一定的最低COP和EER額定值，取決于地面熱交換器的類型。對于閉環系統，ISO 13256-1加熱COP必須為3.3或更高，而冷卻EER必須為14.1或更高。

實際安裝條件可能會產生比標準測試條件更好或更差的效率。COP隨熱泵輸入和輸出之間的溫差降低而提高，因此，地面溫度的穩定性很重要。如果環路現場或水泵的尺寸過小，則熱量的添加或去除可能會使地面溫度超過標準測試條件，從而降低性能。類似地，尺寸過小的鼓風機可能會使充氣盤管過熱并降低性能。

由于正確設計和調整系統大小（如果需要熱熔合，則安裝管道）需要技術知識和設備，因此GSHP系統安裝需要專業人員的服務。一些安裝程序已經在最近的住宅安裝的在線社區中發布了系統性能的實時視圖。在國際地源熱泵協會（IGSHPA），地熱Exchange組織（GEO），在加拿大地源熱泵聯盟和地源熱泵協會保持在美國、加拿大和英國的合格的安裝目錄。此外，對水平系統的土壤熱導率和垂直系統的地層熱導率的詳細分析通常會導致設計更準確、效率更高。