کاربرد مستقیم انرژی زمین گرمایی به معنی بهره برداری بدون واسطه از انرژی حرارتی سیال زمین گرمایی است. در این حالت انرژی زمین گرمایی به انرژی الکتریکی تبدیل نمی شود بلکه به صورت مستقیم، از انرژی حرارتی آن استفاده می شود. منابع زمین گرمایی که دمای آنها ۶۵ تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد است برای تبدیل به انرژی الکتریکی دارای توجیه اقتصادی بالایی نیستند لذا این گونه منابع زمین گرمایی برای بهره گیری مستقیم از انرژی حرارتی، مناسب شناخته شده اند. منابع زمین گرمایی حرارت پایین نسبت به مخازن حرارت بالا از گستردگی بیشتری برخوردارند. به عنوان مثال در کشور آمریکا بیش از ۱۳۵۰ سیستم زمین گرمایی شناخته شده که تنها پنج درصد آنها بیش از ۱۵۰ درجه سانتیگراد و ۸۵درصد آنها کمتر از ۹۰ درجه سانتیگراد حرارت دارند. طرحهای کاربرد مستقیم انرژی زمین گرمایی نسبت به نیروگاههای زمین گرمایی از آلایندگی کمتری برخوردارند به نحوی که در اغلب موارد پس از خنک شدن سیال زمین گرمایی میتوان آن را به محیط رها کرد.