La dimostrazione che esiste una energia termica all'interno della terra è ormai un fatto certo e ben conosciuto. Vulcani, sorgenti termali, soffioni e gayser documentano bene la presenza di un calore interno alla Terra che fluisce verso l'esterno.
Si chiama gradiente geotermico l'aumento della temperatura con la profondità e non è un valore fisso e uguale, nel senso che parti diverse della nostra superficie possono avere un diverso gradiente geotermico; in media questo gradiente e di circa 1 grado centigrado ogni 33 metri (3 gradi ogni 100 metri) di profondità ma come detto può variare notevolmente, come vicino alle dorsali dove si può arrivare a valori di 3-4 gradi ogni 33 metri. Queste variazioni della temperatura interna della Terra vengono chiamate gradienti geotermici anomali.
La produzione di calore all'interno della Terra è assicurato dal decadimento di isotopi radioattivi presenti soprattutto nel mantello(quelli più importanti sono il torio 232, l'uranio 238, e 235 e il potassio 40; un grammo di uranio 235 produce 4,34 calorie all'anno). Dal momento che con il decadimento la quantità di questi isotopi diminuisce si deduce che al momento della formazione della crosta terrestre il flusso di calore doveva essere notevolmente maggiore e questo fa ritenere che anche lo spessore delle zolle (vedi tettonica delle placche) fosse minore rispetto allo spessore attuale.
Quindi il nostro pianeta diffonde del calore che, dal nucleo e dal mantello, si trasferisce alla crosta e all'atmosfera (anche se il calore che assume l'atmosfera da questi processi è assai minore di quello che è fornito dal Sole). In media il calore calcolato è pari a pari a 0,06 watt per metro quadro, quindi moltiplicato per tutta la superficie si arriva a valori di 30.000 miliardi di watt; questa energia termica, per unità di tempo e di area, costituisce il flusso di calore e viene espressa in HFU (Heat Flow Unit) ed è equivalente ad una microcaloria per centimetro quadro al secondo, cioè in un secondo la Terra disperde una microcaloria per centimetro quadro. In figura l'andamento della temperatura e del gradiente geotermico in un pozzo (Ruppoldsried BE, in Svizzera, da Rybach e Bodmer, Ecl.Geol.Helv. vol.73, 1980).

Quindi il flusso che registriamo in superfice è la conseguenza del fatto che per ristabilire l'equilibrio termico in un corpo il calore, che è energia, si sposta da zone ad alta temperatura a quelle a bassa temperatura in vari modi, di cui i principali sono la conduzione e la convezione.
La conducibilità termica di una roccia esprime l'attitudine che essa presenta a trasmettere il calore e viene misurata sul campione; in un solido, la quantità di calore che viene condotta tra due punti è proporzionale alla differenza di temperatura esistente tra questi due punti ed alla conducibilità termica del materiale. Ma in genere le rocce sono dei cattivi conduttori di calore (una colata di lava dello spessore di 50 metri impiega a raffreddarsi circa 150 anni) quindi oltre a questo metodo deve esistere anche un altro modo per permettere al calore di risalire in superficie. In effetti un altro modo esiste e si tratta della convezione che è tipico per i fluidi (liquidi e gas). Questo metodo che è molto efficace e rapido nella distribuzione del calore dipende dal fatto che se riscaldiamo un fluido esso si espande diventando meno denso, cioè più leggero, rispetto al materiale circostante; tale fluido tende quindi a salire, mentre il materiale più freddo tenderà a scendere; si instaura così un circolo che prende il nome di cella convettiva. Lo stesso succede se riscaldate una pentola piena di acqua : l'acqua che si trova direttamente sopra la fiamma si riscalderà prima e tenderà a risalire verso l'alto lasciando così il posto all'acqua più fredda, e quindi più pesante, che tenderà a scendere. (L'intensità di una convezione è influenzata dal coefficiente di espansione termica, cioè quanto un materiale si espande all'aumento della temperatura) Accanto un esempio di convezione.