Нижче за нейтральний шар температура порід підвищується в середньому на 30 0С при зануренні на кожні 100 м. Це пояснюється наявністю регіонального теплового потоку від джерел внутрішнього тепла Землі, що підіймається до поверхні. Його величину прийнято характеризувати густиною теплового потоку (або просто тепловим потоком). Середнє значення теплового потоку як на суші, так і в океанах однаково і складає 0,06 Вт/м2, відхиляючись від нього не більше ніж в 5 – 7 разів. Постійність середніх теплових потоків суші і океанів при різкій зміні потужностей і будови земної кори свідчить про відмінність в тепловій будові верхньої мантії. Тому аномалії теплових потоків, тобто відхилення від встановлених середніх потоків, несуть інформацію про будову і земної кори, і верхньої мантії.
Встановлено, що основне джерело тепла на континентах – енергія радіоактивного розпаду. Це пояснюється більшою концентрацією радіоактивних елементів в земній корі, ніж в мантії. В океанах, де потужність земної кори мала, основним джерелом тепла є процеси в мантії на глибинах до 700 – 1000 км. Радіогенне тепло є основним серед інших видів теплової енергії надр. За час існування Землі воно більш ніж в 2 рази перевищило втрати за рахунок теплопровідності.
Тепловий потік визначається не тільки природою і потужністю джерел тепла, але і його перенесенням через гірські породи. Тепло передається за допомогою молекулярної теплопровідності гірських порід, конвекції і випромінювання. На великих глибинах (понад 10 км) передача тепла здійснюється в основному за рахунок випромінювання нагрітої речовини надр і конвекції, обумовленої рухом блоків земної кори, розплавлених лав, гідротерм. На менших глибинах перенесення тепла пов’язано з молекулярною теплопровідністю і конвекцією підземними водами.