La géothermie des aquifères superficiels concerne l'exploitation thermique des aquifères situés jusqu'à une centaine de mètres de profondeur. Jusqu'à ces profondeurs, la température moyenne de l'eau reste de l'ordre d'une dizaine de degrés Celsius ; la chaleur prélevée nécessite donc, pour être valorisée, que son niveau de température soit relevé, d'où l'emploi de pompes à chaleur (PAC). Pour caractériser « la filière géothermie des aquifères superficiels », on utilise plus généralement l'expression « filière des pompes à chaleur sur eau de nappe ». Les pompes à chaleur sur eau de nappe permettent de couvrir des besoins de chauffage, de refroidissement et/ou d'eau chaude sanitaire. Tous les secteurs d'application sont concernés : de l'habitat individuel au secteur industriel. Compte tenu du coût des ouvrages sous-sol à réaliser et à mettre en œuvre (forage(s) de production, forage(s) de rejet, équipements de pompage), cette technique est plutôt réservée à des immeubles de taille importante (d'une surface allant de 5 000 à 25 000 m2, voire éventuellement plus) nécessitant à la fois des besoins de froid et de chaud, soit de manière alternée (été – hiver), soit simultanée. Elle s'adresse donc principalement aux immeubles du grand ou moyen tertiaire (immeubles de bureau, bâtiments de santé, hôtellerie, grandes surfaces commerciales).
Le stockage d'énergie thermique dans le sous-sol consiste à mettre à profit les propriétés des formations géologiques pour emmagasiner une énergie disponible et excédentaire à un instant donné – c'est-à-dire sans utilisation immédiate – et pour l'exploiter ultérieurement en période de demande. On peut retenir comme exemple celui d'une usine d'incinération d'ordures ménagères raccordée à un réseau de chaleur desservant des bâtiments. L'été, la chaleur produite est inutilisée faute de besoins à satisfaire. Injectée et stockée dans le sous-sol, cette chaleur peut être utilisée plus tard dans l'année en période de chauffage, limitant ainsi le recours à une énergie d'appoint à base de combustibles fossiles. Le domaine d'application le plus courant du stockage thermique souterrain est celui du chauffage des bâtiments, mais d'autres applications existent comme celle du chauffage des serres maraîchères ou horticoles. Dans les années 1980, de nombreux travaux de recherche et des expériences tout à fait intéressantes ont été menés, notamment en France. Mais c'est surtout dans des pays, comme la Suisse, les Pays-Bas, la Suède ou l'Allemagne, que les travaux se sont poursuivis depuis. Aujourd'hui, les retours d'expérience sont nombreux et prometteurs. Les enseignements tirés devraient faciliter une diffusion plus large des techniques mises en œuvre qui s'inscrivent bien dans une démarche plus globale de réduction des besoins énergétiques, de limitation de l'usage des énergies fossiles et de valorisation des énergies renouvelables ou fatales et donc de réduction des émissions de gaz à effet de serre.
