Bei der petrothermalen Geothermie kann im Gegensatz zur hydrothermalen Geothermie nicht auf natürlich vorhandenen Wasserdampf oder Thermalwasser zurückgegriffen werden. Die petrothermale Geothermie "sitzt auf dem Trockenen". Dennoch kann die natürliche Wärme des heißen Gesteins in ca. 2.000 - 6.000 Meter Tiefe genutzt werden. Die Verfahren der petrothermalen Geothermie werden daher auch als "Hot-Dry-Rock-Verfahren" bezeichnet.

Dabei wird in künstlich vergrößerte Risse und Klüfte unter hohem Druck Wasser eingepresst. Das Wasser erhitzt sich im ca. 200°C heißen Gestein. Eine Förderbohrung pumpt das ca. 90 - 150°C heiße Wasser dann wieder an die Erdoberfläche. Dort kann es wie bei der hydrothermalen Geothermie über Wärmetauscher für die Wärmeversorgung genutzt werden. Sinnvoll ist die gleichzeitige Stromerzeugung mit einer zwischengeschalteten Turbine.

Die bereitgestellte Erdwärme wird für Siedlungen oder Einzelgebäude, für die Industrie und Treibhäuser, Fischzucht, landwirtschaftliche Trocknungsprozesse oder für Thermal- und Hallenbäder genutzt. Durch Mehrfach- oder "Kaskadennutzung" kann eine Effizienzsteigerung erreicht werden, d.h. jene Nutzer, die die größte Energiemenge benötigen, werden dabei zuerst versorgt. So kann ein geothermisches Heizkraftwerk optimal ausgelastet werden.

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