A geotermikus hőszivattyú működését tekintve tulajdonképpen egy nagy teljesítményű hűtőgép, melyet elsősorban fűtésre és melegvíz készítésre használnak, de egy átkapcsolással hűtött vizet is tud keringetni a fűtési rendszerben, így épületek hűtésére is kiválóan használható. 

Fő alkatrésze a kompresszor, ami belső zárt körforgásban olyan munkaközeget (gáz) keringet, melynek igen alacsony a forráspontja, és nagy nyomás alatt cseppfolyósodik.
A körfolyamat tulajdonképpen a külső talajkör (hőforrás), a kompresszor munkakör, és a fűtés (hőleadó) körből áll.
A körfolyamat hőforrása esetünkben talaj melegét hasznosító, a földbe lefúrt zárt rendszerű talajszonda.
A hőszivattyúban keringő folyékony halmazállapotban lévő munkaközeg (gáz) magas nyomása egy nyomáscsökkentő szelep segítségével az elpárologtatóba jut és ott kb. 5 bar-ra nyomásra csökken, majd hevesen elpárolog, és kb. 0 °C-ra lehűl.
A párolgáshoz szükséges hőt az  úgynevezett elpárologtató oldali hőcserélőben a talajba lefelé induló folyadékáramból vonja el, annak hőmérsékletét 5 °C-kal hidegebbre lehűti.
Az elvont hőmennyiséget a 8-12 °C-os hőmérsékletű talaj pótolni tudja.
A szondában keringő víz-glikol keveréket 5-10 °C-os hőmérsékletűre melegíti, amit a hőszivattyú elpárologtató oldali hőcserélőjébe visszavezetünk.
Ezt a talajhőt a  munkaközeg átveszi és így kb. 5 °C-ra melegszik, ezután a  kompresszor elszívattyúzza és 15 - 25 bar nyomásra sűríti, emiatt a kondenzátorban felmelegszik 40 - 60 °C-ra.
Ezt a hőmennyiséget a kondenzátor oldali hőcserélő az épület fűtésnek, illetve a használati melegvíz tartálynak , medence fűtésnek stb. átadja.
A körforgás a lecsapódás után nyomáscsökkentéssel folytatódik és ismét a talajból von el hőt a berendezés.
A körforgásban a talajszonda teljesítménye olyan nagy, hogy képes pótolni a hőszivattyú által folyamatosan elvont kb. 5 °C-ot és a visszatérő folyadékot a föld mindig fel tudja melegíteni a szükséges bemenő hőmérsékletre.
A hőszivattyú különleges előnye, hogy a hasznosítható hő 80-85%-át a föld 'ingyen' adja, ezért a berendezés hatásfoka 4-500 %-os.