地缘热泵原理冬季供暖提供从源中提取热量和转移到建设。理论上，可以提取热量从任何来源，不管有多冷，而是一个温暖的来源允许更高的效率。地源热泵应用层的上层地壳（通常为三到500英尺深）作为热源，从而以其季节性温度适中的优势。
在夏天，这个过程可以扭转，热泵提取热量的建设和转让到地面。热量转移到凉爽的空间占用较少的能源，所以冷却热泵效率降低地面温度从获取利益。
地源热泵机组必须有一个热交换器接触地面或地下水提取或散热。这部分占五分之一到一半的总系统成本，而且往往是最麻烦的部分修理或更换。目前他们往往是设计有最小的安装成本，而不是冻结在地面上。即使下轻微上浆这部分导致减少能源效率和增加电费。在长期来看，这会导致冻结的地面，造成上升的电力成本和热泵自动停止防止冻害的冷凝器。在浆纱这部分往往是非常有益的长期：系统的能量效率提高约百分之4，每度而已，不会经过上浆。花更多的钱在浆纱地源通常是更经济，比把同样的钱上更好地热泵。
浅层（3英尺）水平换热器的经验，由于季节温度循环太阳能收益和损失的空气在地面水平。这些温度的周期滞后，因为季节的热惯性，因此换热器将收获热交存的太阳在几个月前，在被压在冬末春，由于积累的冬天的寒冷。深垂直系统（100 - 500英尺）依靠从周围的热迁移地质，除非他们充电，每年由空调热废气或屋顶系统。
几个主要的设计可供选择，这是由液体和布局分类。直接交换系统循环制冷剂在地下，闭环系统使用的防冻液和水的混合物，以及开环系统使用天然地下水。
直接交换
主要文章：地源热泵机组
在地热热泵的直接交流是最古老的地源热泵技术。它是最简单和最容易理解的。地面耦合是通过一个回路中循环的制冷剂热力直接与地面接触（而不是一个制冷剂循环组合和水循环）。这个制冷剂热泵设备柜，通过循环一个循环铜管埋入地下，热交换，然后返回到地面泵。名字中的“直接交流”是指制冷剂之间的热传递和地面不使用中间流体。不存在直接的相互作用的流体和地球；只有通过传热管壁。直接交换热泵不要混淆“水源热泵”或“水环热泵”由于没有在地上的水循环。协会定义的“土壤源热泵包括闭环和直接交换系统，而不包括开放式循环。
直接交换系统明显更有效（现在的差距是封闭的）和有可能降低安装成本比闭式循环水系统。铜的高导热性有助于更高的系统效率，但热的流动主要是由地面的导热性，不是管。主要原因是较高的效率是消除水泵（用电），消除了水热交换器（这是热损失），最重要的是，潜热相变的制冷剂在地面本身。