In der Flachgeothermie werden Erdwärmesonden in vertikalen Bohrungen bis in 100 bis 200 m Tiefe installiert. Für die eigentliche Bohrung werden in Lockergesteinen (Sedimente) in der Regel das Rotary-Spülverfahren (Direktes Spülbohrverfahren mit Wasser) in Festgesteinen die Imlochhammerbohrungen (direktes Spülbohrverfahren mit Luft) genutzt.
Die Erdwärmesonden bestehen in der Regel aus einem Rohrbündel von zwei oder vier parallelen Kunststoffrohren aus PE. Der verbleibende Hohlraum wird mit einer abdichtend wirkenden Bentonit-Zement Suspension hinterfüllt, das sogenannte Verpressen. Im Sondenkreislauf zirkuliert eine Wärmeträgerflüssigkeit (Sole), genauso wie in den oberflächennahen Erdwärmekollektoren, die im tieferen Sondenbereich, die im Untergrund gespeicherte Wärme aufnimmt und der Wärmepumpe zuführt. In der Regel beträgt die Wärme des tieferen Untergrundes in 100 bis 150 m Tiefe ca. 10° bis 12° und damit weitgehend gleich hohe Temperaturen wie in den ersten 10 Tiefenmetern.
Die Lebensdauer, die Effizienz und die Unschädlichkeit der Erdwärmesonden hängen wesentlich von der korrekt eingebrachten Suspension ab (VDI-Richtlinie 4640).
Die wesentliche Rechtsgrundlage für die Erichtung und den Betrieb von Erdwärmesondenanlagen bilden das Wasserhaushaltsgesetz (WHG), das spezifische Wassergesetz (WG) der einzelnen Bundesländer sowie das Bundesberggesetz (BBergG) in Verbindung mit dem Lagerstättengesetz in der jeweils geltenden Fassung.
Jedes Vorhaben zur Erdwärmenutzung ist der Unteren Verwaltungsbehörde anzuzeigen, insbesondere die Nutzung mit Erdwärmesonden, da hier immer eine wasserrechtliche Genehmigung und in Tiefen über 100 m in bestimmten Fällen auch eine bergrechtliche Genehmigung erforderlich ist.
Insbesondere sind gegenseitige Beeinflussungen von Erdwärmesonden untereinander (gerade in Neubaugebieten) bei zu dichter Flächenbelegung möglich, was über die Zeit (mehrere Jahre) eine Auskühlung des Bodens nach sich ziehen kann. Dies kann zur Folge haben, dass die geplante Wärmeentzugsleistung nicht mehr erreicht und damit der benötigte Wärmebedarf nicht mehr gedeckt werden kann.