地热发电就是利用能量转换原理，把潜藏在地热能里的热能转换成电能。地热发电原理和我们常见的地面上火力发电原理并无根本区别，所不同的是地热电站的热源来自天然“地热锅炉”，而火电站用的是燃煤或燃气锅炉，天然“地热锅炉”代替了火电站燃烧原煤使其化学能转变为热能的过程。“地热锅炉”的载热体可以是蒸汽或热水，其温度和压力要比火电站高压锅炉生产的蒸汽度和压力低得多。由于“地热锅炉”的地热介质类型、温度、压力和焓等物理参数不同，地热发电可分为地热蒸汽发电和地热水发电两大类。
地热蒸汽发电
地热蒸汽发电有一次蒸汽法和二次蒸汽法两种。一次蒸汽法可直接利用地下的热蒸汽，或利用从汽、水混合物中分离出来的蒸汽发电。二次蒸汽法有两种含义，一种是不直接利用比较脏的存储在地下的天然蒸汽，而是让它通过换热器加热其他的干净的水，使干净的水变成洁净蒸汽，再利用洁净蒸汽发电，这样可避免地下天然蒸汽对汽轮机的腐蚀和结垢；第二种含义是将从第一次汽水分离出来的高温热水进行减压扩容产生二次蒸汽，压力仍高于当地大气压力，和一次蒸汽分别进入汽轮机发电。
地热水发电
利用地下热水发电不像利用地热蒸汽那么方便，因为用地热蒸汽发电时，蒸汽本身既是载热体又是工作流体。但地热水按常规发电方法是不行的，因为热水不能直接送入汽轮机做功发电，必须以蒸汽状态才能进入汽轮机做功发电，因为只有蒸汽才能使汽轮机工作。目前，对温度低于lOO℃的非饱和态地下热水发电有两种方法：一是减压扩容法，即利用抽真空装置使进入扩容器的地下热水在压力下降的情况下汽化，产生低于当地大气压力的扩容蒸汽，然后通过装置将汽和水分离，接着排水，最后把蒸汽送入汽轮机做功，达到发电的目的，这种系统称“闪蒸系统”。不过由于低压蒸汽的比容很大，因而使汽轮机的发电量受到很大的限制。并且，由于水中含有杂质，时间长了会在装置中结垢。不过，减压扩容方式发电虽然发电机组容量小，但运行压力低，所以运行过程中比较安全。另一种是中间工质法，利用低沸点物质如空调、冰箱中常用的制冷剂氯乙烷、正丁烷、异丁烷和氟利昂等作为发电的中间工质，地下热水通过换热器加热低沸点物质，使低沸点物质迅速沸腾变成蒸汽，利用所产生的蒸汽进入发电机做功，做功后的工质从汽轮机排入凝汽器，并在其中经冷却系统降温，又重新凝结成液态工质后再循环使用。这种系统被称为“双流系统”或“双工质发电系统”，但这种发电方式安全性较差，因为里面的低沸点物质大部分都是易燃易爆或对环境有危害的物质，如果发电系统的密封稍有泄漏，工质逸出后很容易发生事故。比如采用氟利昂作为低沸点物质，泄漏后就会破坏大气的臭氧层，危害地球的大气安全。