Η κατασκευή κάθετων γεωτρήσεων γεωθερμίας αποτελεί μια συνηθισμένη πρακτική για την λειτουργία γεωθερμικών συστημάτων. Οι γεωτρήσεις αποτελούν μια ιδανική λύση στις περιπτώσεις μικρών διαθέσιμων χώρων εγκατάστασης.

Μια γεώτρηση αντλίας θερμότητας πηγής εδάφους αντιπροσωπεύει ένα σύστημα κλειστού βρόχου που περιλαμβάνει ένα σύνολο σωλήνων πολυαιθυλενίου που εισάγονται κάθετα στο έδαφος και οι οποίοι κυκλοφορούν νερό προς και από τη γεωθερμική αντλία θερμότητας. Στις περισσότερες περιπτώσεις, το βάθος των γεωτρήσεων κυμαίνεται από 80 έως 100 μέτρα βάθος.

Ο χώρος μεταξύ των σωλήνων και του τοιχώματος της αντλίας θερμότητας πηγής εδάφους γεμίζει με ένα ειδικό μείγμα ενέματος που περιέχει συνήθως έναν συνδυασμό μπεντονίτη, άμμου και καθαρού νερού, το οποίο διοχετεύεται στην γεώτρηση από κάτω προς τα πάνω. Ο μπεντονίτης είναι προτιμότερος σε σχέση με άλλα υλικά στεγανοποίησης, καθώς είναι αδιάβροχος και καλός αγωγός της θερμότητας. Επομένως, διατηρώντας σημαντική ποσότητα υγρασίας, στεγνώνει σπάνια, γεγονός που εξασφαλίζει τη σωστή μεταφορά θερμότητας από το έδαφος στο σωλήνα και αντιστρόφως. Ταυτόχρονα, λόγω των χαμηλών ιδιοτήτων διαπερατότητάς του, το ρευστό κονίαμα μπεντονίτη παρέχει αυτοσφραγιζόμενο φραγμό στην εισβολή υπόγειων υδάτων.

Οι γεωτρήσεις γεωθερμίας απέχουν μεταξύ τους 5-6 m και 6-7 m από το πλησιέστερο κτίριο. Το βάθος τους εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του ακινήτου (μέγεθος, μόνωση, ικανότητα θέρμανσης) που απαιτούν θέρμανση. Ένα σπίτι που χρειάζεται περίπου 10 kW θερμαντικής ικανότητας, πιθανότατα θα χρειαστεί τρεις γεωτρήσεις βάθους 80-100 m.

Στις περιοχές που υπάρχει υπόγεια υδροφορία κατασκευάζονται γεωτρήσεις άντλησης και επιστροφής νερού. Η γεώτρηση επιστροφής χρησιμοποιείται για την επιστροφή του νερού στο έδαφος, αφού αυτό αποδώσει την θερμότητα στον εναλλάκτη της αντλίας θερμότητας. Οι γεωτρήσεις άντλησης και επιστροφής πρέπει να βρίσκονται σε αρκετά μεγάλη απόσταση μεταξύ τους, ώστε να αποφεύγεται η ανάμιξη του νερού τροφοδοσίας και του νερού επιστροφής. Η γεώτρηση επιστροφής για να χειριστεί σωστά τη ροή του νερού, πρέπει να έχει τουλάχιστον το ίδιο μέγεθος με τη γεώτρηση τροφοδοσίας. Εάν το νερό τροφοδοσίας αναμειχθεί με το νερό επιστροφής, τότε η θερμοκρασία του νερού τροφοδοσίας μπορεί να αυξηθεί ή να μειω­θεί, ανάλογα με την εποχή. Το γεγονός αυτό, μπορεί να επηρεάσει σοβαρά την απόδοση της αντλίας θερμότη­τας. Για τους παραπάνω λόγους οι γεωτρήσεις συνήθως απέχουν μεταξύ τους τουλάχιστον 30-35 μέτρα.

Όσο μικρότερο είναι το σύστημα, τόσο υψηλότερο θα είναι το κόστος ανά kW εξόδου. Για όλους τους τύπους αντλιών θερμότητας εδάφους που χρησιμοποιούν γεωτρήσεις ως κύριο συλλέκτη πηγής θερμότητας, το κόστος εγκατάστασης αποτελεί το σημαντικότερο τμήμα του συνολικού κόστους.

Αυτό σημαίνει ότι, για ένα συγκρότημα δέκα σπιτιών που βρίσκονται στον ίδιο οικόπεδο, το κόστος του συστήματος ανά σπίτι θα είναι περίπου 20% χαμηλότερο από ό, τι για ένα μεμονωμένο σπίτι.