Unter Erdwärme oder Geothermie versteht man die in Form von Wärme gespeicherte Energie unterhalb der festen Erdoberfläche. Diese geothermale Energie beruht zum einen auf den Prozessen bei der Erdentstehung (ca. 30%), zum anderen auf radioaktiven Zerfallsprozessen im Erdinnern (ca. 70%). Für den Erdkern, der etwa 15 % des Volumens der Erde einnimmt, werden Temperaturen zwischen 4800 °C und 7700 °C angenommen, rund 98% des gesamten Erdinneren sind heißer als 1000 °C. Aus dem Temperaturgefälle zwischen dem Erdkern und den oberflächennahen Bereichen, dem sog. geothermischen Tiefengradienten, resultiert ein konduktiver und advektiver (mittels Schmelzen) Wärmefluss vom Erdinnern zur Oberfläche: In einem Kilometer Tiefe herrscht fast überall eine Temperatur von 35 bis 40°C, unter besonderen geologischen Bedingungen, z.B. in Vulkangebieten, bilden sich geothermische Anomalien. In solchen geothermalen Hochenthalpie-Ressourcen kann die Temperatur bereits in 2-3 km Tiefe einige hundert Grad Celsius erreichen. In den Projektgebieten von GeoMol, dem Molassebecken und dem Po-Becken, treten keine erhöhten geothermischen Tiefengradienten auf. Heiße Wässer kommen daher nur in großer Tiefe vor, können aber im Bereich tief reichender Störungen in höhere Niveaus aufsteigen.

Die „Oberflächennahe Geothermie“ nutzt die Wärmepotenziale bis in Tiefen von maximal 400 m zum Beheizen oder Kühlen von Gebäuden mittels Wärmepumpen. Die effiziente Nutzung der oberflächennahen Geothermie hängt maßgeblich von lokalen Faktoren ab und ist nicht Gegenstand des Projekts GeoMol.
Eines der Hauptthemen des Projektes ist jedoch die „Tiefe Geothermie“, die Tiefenbereiche von mehr als 400 m zur Wärmebereitstellung in Wärmenetzen sowie zur Stromerzeugung erschließt. Bislang werden dabei überwiegend heiße Wässer des Untergrunds genutzt, die durch Bohrungs-Dubletten angezapft werden. In geschlossenen Kreisläufen wird dem heißen Wasser mittels Wärmetauschern die Wärmeenergie entzogen und das abgekühlte Wasser anschließend wieder im Aquifer verpresst. Für die wirtschaftliche Stromerzeugung werden Wassertemperaturen von deutlich über 100 °C benötigt, meist verbunden mit der Wärmebereitstellung in Wärmenetzen (Kraft-Wärme-Kopplung). Weiter verbreitet ist die direkte energetische Bewirtschaftung von hydrothermaler Geothermie zum Betrieb von Fern- und Nahwärmenetzen, für die auch Temperaturen unter 100 °C ausreichen.

Sind natürliche Wasservorkommen nicht in ausreichendem Maße vorhanden, so kann mit dem „Hot-Dry-Rock-Verfahren“ (auch "Enhanced Geothermal System") durch Einpressen von Wasser eine Zirkulation künstlich erzeugt werden. Im Anlagenbetrieb wird kaltes Oberflächenwasser über eine oder mehrere Tiefbohrungen durch ein künstlich geschaffenes Kluftnetz geleitet und heizt sich dabei auf. Das heiße Wasser wird über weitere Bohrungen an die Oberfläche gefördert und anlog zur hydrothermalen Geothermie genutzt.

Die effiziente Nutzung der tiefen Geothermie und die Vermeidung der gegenseitigen Beeinflussung von Geothermieanlagen oder anderen Untergrundnutzungen erfordern eine möglichst genaue Kenntnis der Temperaturverteilung im Untergrund sowie der Kluft- und Störungssysteme und der Durchlässigkeiten von Speicher- und Barrierehorizonten. Durch die Zusammenführung und Aufbereitung der geologischen und geophysikalischen Daten im Rahmen von GeoMol werden grundlegende Informationen in regionalem Maßstab bereitgestellt, die eine nachhaltige Planung von Geothermieprojekten erlauben. Die GeoMol-Ergebnisse lassen aber keine Aussagen zur Dimensionierung und zur Wirtschaftlichkeit einzelner Geothermieprojekte zu. Hierfür bleiben standortspezifische Detailplanungen unbedingte Voraussetzung.