地球的內部是一個高溫高壓的世界，是一個巨大的“熱庫”，蘊藏著無比巨大的熱能。地球內部蘊藏的熱量有多大呢？假定地球的平均溫度為2000℃，地球的質量為6×1024 kg，地球內部的比熱為1．045J/g·℃，那麼整個地球內部的熱含量大約為1．25×1031J。即便是在地球表層10km厚這樣薄薄的一層，所貯存的熱量就有1025J。地球通過火山爆發、間歇噴泉和溫泉等等途徑，源源不斷地把它內部的熱能通過傳導、對流和輻射的方式傳到地面上來。
據估計，全世界地熱資源的總量大約為14．5×1025J，相當於4948×1012t標準煤燃燒時所放出的熱量。如果把地球上貯存的全部煤炭燃燒時所放出的熱量作為100來計算，那麼，石油的貯量約為煤炭的8%，目前可利用的核燃料的貯量約為煤炭的15%，而地熱能的總貯量則為煤炭的17000萬倍。可見，地球是一個名副其實的巨大“熱庫”，我們居住的地球實際上是一個龐大的“熱球”。
地球內部的溫度這樣高，它的熱量是從哪裡來的呢？多數科學家認為，其熱源乃是長壽命的放射性同位素進行的熱核反應（另一種觀點認為，地球最初是由一團高熱物質組成，是從太陽派生出來的一個行星，經過四五十億年以後，表面逐漸冷卻，而形成地殼）。地球物質中放射性元素衰變產生的熱量是地熱的主要來源。放射性元素有鈾238、鈾235、釷232和鉀40等。放射性元素的衰變是原子核能的釋放過程。放射性物質的原子核，無需外力的作用，就能自發的放出電子和氦核、光子等高速粒子並形成射線。
在地球內部，這些粒子和射線的動能和輻射能，在同地球物質的碰撞過程中便轉變成了熱能。地球內部的熱不斷向太空釋放。這種地球物理現象就叫大地熱流。由於地球的表面積很大，單位面積內放出的熱量極其微小，所以全球平均大地熱流量並不大，以致人們很難直接感覺出來。但是，其總量卻非常大，而且不同地區的大地熱流量是不同的，熱流高的地區地熱資源較豐富。
目前一般認為，地下熱水和地熱蒸汽主要是由在地下不同深處被熱巖體加熱了的大氣降水所形成的。地殼中的地熱主要靠傳導傳輸，但地殼岩石的平均熱流密度低，一般無法開發利用，只有通過某種集熱作用，才能開發利用。例如鹽丘集熱，常比一般沉積岩的導熱率大2～3倍。大盆地中深埋的含水層，也可大量集熱，每當鑽探打到這種含水層，就會出過大量的高溫熱水，這是天然集熱的常見形式。岩漿侵入地殼淺處，是地殼內最強的熱傳導形式。侵入的岩漿體形成局部高強度熱源，為開發地熱能提供了有利條件。
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