La chaleur est prélevée dans le sol à l'aide :

- d'un réseau de tubes déroulés en dessous de la zone hors-gel (de 0,6 m à 1,2 m) dans le sol si la surface du terrain est suffisante. Il faut compter 1,5 à 2 fois la surface à chauffer pour une maison individuelle (1 fois la surface à chauffer pour une maison de niveau « Bâtiment Basse Consommation » qui consomme 50% de moins qu’une maison réglementaire). Sur cette surface de terrain, aucune plantation avec des racines profondes ne pourra être réalisée.
- de sondes verticales qui peuvent atteindre des profondeurs d'environ 100 m. Là encore, plus la maison est isolée, moins elle nécessitera de forages.Il faut compter à titre indicatif pour des logements neufs environ un mètre de profondeur forée par m² de surface à chauffer. Cette solution, plus onéreuse, a l’avantage de limiter les contraintes de terrain et d’emprise au sol.

La chaleur est ensuite transférée au circuit d'eau chaude de l'installation de chauffage. La pompe à chaleur s'installe généralement à l'intérieur du logement.

Ce type de PAC est très performant quelle que soit la température. Les capteurs sont installés à la profondeur requise pour que la température y soit à peu près constante toute l’année. Ces PAC peuvent être intégrées à une installation de chauffage central existante ou neuve, hydraulique (eau glycolée/eau ou sol/eau) ou à fluide frigorigène (sol/sol).