Bei der tiefen Geothermie wird der Untergrund in Tiefen von ca. 400 Metern bis zu mehreren Kilometern mit Tiefbohrungen erschlossen. Ähnlich wie bei der oberflächennahen Geothermie ist bis zu einer Tiefe von ca. 1500 Metern (z. T. auch als mitteltiefe Geothermie bezeichnet) eine Wärmepumpe erforderlich. Bei größeren Tiefen kann die Nutzung der geothermischen Energie aufgrund der höheren Temperaturen in der Regel direkt, d. h. ohne Niveauanhebung durch eine Wärmepumpe, genutzt werden. Die Erfolgsaussichten von Projekten der tiefen Geothermie sind stark von den hydrogeologischen und geothermischen Untergrundverhältnissen am jeweiligen Standort abhängig. In manchen Gebieten Baden-Württembergs sind zum Beispiel aufgrund der besonderen geologischen Gegebenheiten höhere Potenziale für eine hydrothermale Wärmenutzung vorhanden als anderswo – hierzu zählt insbesondere der Oberrheingraben sowie das Molassebecken des Alpenvorlands.
