Neben der oberflächennahen Geothermie ist auch die Nutzung tieferer geothermischer Ressourcen möglich. Natürlich treten warme Tiefenwässer lokal als Thermalwässer zutage oder sind durch Bohrungen erschlossen. Diese Wässer wurden vermutlich schon vor 2.000 Jahren in Bad Ems durch die Römer als Bäder genutzt. Der Robert Kampe Sprudel in Bad Ems tritt mit einer Temperatur von ca. 60°C zutage und erreicht damit ein Temperaturniveau, welches zur direkten Beheizung von Gebäuden geeignet wäre. Die Temperatur und chemische Zusammensetzung lassen auf eine Zirkulationstiefe der Wässer von über 2 km schließen.

Im nördlichen Rheinland bestand bis in die 1960-er Jahre ein intensiver Eisen- und Buntmetallerzbau. Dieser drang in Tiefen bis über 1.000 m unter Geländeoberkante vor. Da die Temperatur in der Erdkruste durchschnittlich um 3K/100 m zunimmt, wurden in der Tiefe häufig warme Wässer angetroffen. Nach Flutung stieg der Grundwasserspiegel in den Gruben über die Schächte bis zum Niveau des tiefsten Stollens an, der direkt nach außen entwässert (Abb. 1).

In den gefluteten Bergwerken sind große Volumen warmer Wässer eingestaut, die gezielt und konzentriert am Stollenmundloch des Tiefen Stollens auslaufen. Die Schüttungen der warmen Grubenwässer (bis > 20°C) betragen bei den großen Bergwerken über 10 l/s und sind potentiell zur geothermischen Nutzung mittels Wärmepumpentechnik gut geeignet. Besonders günstige Verhältnisse bestehen in Bad Ems. Hier wurden durch den Bergbau die Emser Thermalwässer angetroffen.

Die über den Tiefen Stollen im Stadtgebiet auslaufenden Wässer besitzen ein geothermisches Potential von ca. 3.000 kW, genug um damit 3.000 moderne Einfamilienhäuser zu heizen. Die Stadt Bad Ems strebt die Heizung des Rathauses mit dieser umweltfreundlichen Energie an.

Ein weiteres Beispiel befindet sich in Herdorf/Sieg. Hier strebt die Gemeinde ebenfalls die geothermische Nutzung von Grubenwässern in einem Neubaugebiet sowie einem benachbarten Industriegebiet an. Der Anschluss weiterer kommunaler Gebäude wird geprüft. Das geothermische Potential der auslaufenden Wässer (Neubaugebiet) beträgt über 500 kW. Für das Industriegebiet wurde darüber hinaus eine geothermische Nutzung durch  Kreislaufführung „Abpumpen – geothermische Nutzung – Infiltration“ beantragt.