Η διαδικασία μεταφοράς του θερμικού φορτίου από το κτίριο προς το υπέδαφος και αντιστρόφως, γίνεται διά μέσου μίας συσκευής που ονομάζεται γεωθερμική αντλία θερμότητας (ΓΑΘ).
Οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητας είναι μηχανήματα που κατευθύνουν τη θερμότητα αντίθετα από τη διεύθυνση που θα ακολουθούσε με φυσικό τρόπο, δηλαδή την εξαναγκάζουν να κατευθυνθεί από ένα ψυχρό μέσο σε ένα άλλο θερμότερο. Οι αντλίες θερμότητας δεν είναι τίποτα περισσότερο από συσκευές που λειτουργούν όπως τα κοινά ψυγεία (Rafferty,1997). Κάθε ψυκτική συσκευή (air-condition, ψυγείο, καταψύκτης κ.λ.π.) παίρνει θερμότητα από ένα χώρο που πρέπει να παραμείνει σε χαμηλή θερμοκρασία και την απελευθερώνει σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Η μόνη διαφορά της αντλίας θερμότητας από μια ψυκτική μονάδα εντοπίζεται στην αντιστρέψιμη λειτουργία των γεωθερμικών αντλιών θερμότητας, δηλαδή στην ικανότητά τους να παρέχουν τόσο ψύξη όσο και θέρμανση στο χώρο.
Κατά τη διάρκεια του χειμώνα, το μίγμα νερού και γλυκόλης που κυκλοφορεί στο κύκλωμα του γεωεναλλάκτη απορροφά ενέργεια από το έδαφος, που οδηγείται στον εξατμιστή της ΓΑΘ, ο οποίος τη δεσμεύει. Μέσω του εξατμιστή μεταδίδεται θερμότητα στο ψυκτικό μέσο της αντλίας (τύπου R-410Α, φιλικό προς το περιβάλλον) το οποίο μετατρέπεται από υγρό σε αέριο. Το ψυκτικό μέσο, το οποίο κινείται σε ένα κλειστό κύκλωμα, περνάει από το συμπιεστή και συμπιέζεται, ώστε να αυξηθεί η πίεση και η θερμοκρασία του. Έπειτα, οδηγείται στο συμπυκνωτή όπου και αποβάλλει όλη τη θερμότητα που έχει αποθηκεύσει στο νερό του κυκλώματος της εσωτερικής εγκατάστασης. Το ψυκτικό μέσο μεταφέρεται στη βαλβίδα εκτόνωσης και εκτονώνεται, ώστε να επιστρέψει στον εξατμιστή και να επαναλάβει την ίδια διαδικασία.
Η διαδικασία αυτή μπορεί να αντιστραφεί το καλοκαίρι, οπότε οι ΓΑΘ απάγουν θερμότητα από το κτίριο - ή αλλιώς παρέχουν ψύξη/δροσισμό σε αυτό – και τη διοχετεύουν στο υπέδαφος μέσω του γεωεναλλάκτη.
Οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητας παράγουν θερμοκρασίες της τάξης των 5 έως 60oC. Είναι ειδικά σχεδιασμένες για εφαρμογές ενδοδαπέδιας θέρμανσης, αποδίδοντας τις προαπαιτούμενες θερμοκρασίες των 35 έως 48oC, και ψύξης ή δροσισμού (7 έως 18oC) εξασφαλίζοντας υψηλό βαθμό απόδοσης (COP έως 6,5) με τη χαμηλότερη κατανάλωση.Για κάθε κιλοβάτ ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιείται από το συμπιεστή, παράγονται περίπου 6,5 KW θερμότητας ανάλογα με τη διαμόρφωση της εγκατάστασης. Με τον τρόπο αυτό εξοικονομείται πάνω από 70% στους λογαριασμούς θέρμανσης σε σύγκριση με τα παραδοσιακά συστήματα και σε συνδυασμό με το χαμηλότερο κόστος συντήρησης και καθαρισμού.Με τη χρήση της ΓΑΘ δε χρειάζεται λέβητας. Η αντλία θερμότητας επαρκεί από μόνη της για να διαθέσει αρκετή ενέργεια θέρμανσης, ακόμα και σε δυνατό ψύχος.Παράλληλα, δύνανται να παρέχουν ζεστό νερό χρήσης ανά πάσα στιγμή (χειμώνα- καλοκαίρι, μέρα-νύχτα). Επίσης είναι κατάλληλη για σύστημα γεωθερμίας που ζητείται θέρμανση πισίνας, χρησιμοποιώντας έναν ξεχωριστό ανοξείδωτο εναλλάκτη πισίνας.
