與空氣和地表水相比，一定深度的土壤或巖石溫度相對恒定，該溫度性質對于熱泵而言，可以作為很好的低位冷熱量。這種利用地下土壤作為熱泵低位熱源的熱泵系統稱為土壤源熱泵。它主要包括三套管路系統:室外的地埋管系統、熱泵機組的制冷機循環系統、末端的室內空調系統。它與一般熱泵系統相比，其不同點主要在于室外管路系統是由埋設于土壤中的一組盤管構成。該組盤管作為換熱器，冬季從土壤中取熱。夏季向土壤中釋放熱量。

夏季制冷時，水源熱泵機組中的閥門A1, B1, C1, D1關閉，閥門A2, B2, C2, D2開啟，室內的余熱經過熱泵轉移后通過埋地換熱器釋放于土壤中，同時蓄存熱量，以備冬季采暖用;冬季供暖時，水源熱泵機組中的閥門A1, B1, C1, D1開啟。閥門A2, B2, C2,D2關閉，通過埋地換熱器從土壤中取熱。經過熱泵提升后，供給采暖用戶，同時，在土壤中蓄存冷量，以備夏季空調用。

土壤源熱泵根據地埋管中的傳熱介質和熱泵機組之間是否存在中間介質，可以分為直接連接的土壤源熱泵系統和間接連接的土壤源熱泵系統。如果采用直接連接的方式，地埋管的埋深將受到地下埋管的最大額定承床能力的限制;如果系統中最下端管道的靜壓超過地埋管換熱器的承帳能力，可設置中間換熱器將地埋管換熱器與熱泵機組分開，即間接連接。