지열은 지구내부로부터 지구표면 방향으로 흘러 나가며, 열류량의 크기는 원시지구의 온도, 지열 생성과 열전파의 메커니즘 그리고 지구물질의 열전도 능력에 따라 달리 나타납니다. 열류량의 측정은 화강암의 관입이나 약권의 상승과 같은 천부 고온 물질의 존재를 인지할 뿐만 아니라, 해령으로부터 먼 곳에서는 찬 지각물질이 지구내부로 들어가는 것을 확인할 수 있게 합니다. 지열은 지구 생성 시에 형성된 원시지열과 방사능 붕괴와 같이 이차적으로 서서히 생성되는 열원으로 구성됩니다.
지구 내부의 열
원시지열
19세기 윌리엄 켈빈은 지열측정 결과에 근거하여 지구가 2천 년에서 4천 년에 이르는 역사를 가진 것으로 계산하였습니다. 이 결과는 열류량이 전적으로 원시지열의 냉각에 근거하며 냉각은 열전에 의한다는 가정 하에서 만들어졌습니다. 이것은 뜨거운 감자를 오븐에서 꺼내어 식탁 위에 올려놓은 경우에 일어나는 냉각현상과 같은 것으로 보고 현재의 표면온도 분포로부터 지구연령을 추정할 수 있다는 개념입니다. 켈빈이 실제의 지구 나이인 46억 년보다 매우 낮은 값의 지구연령을 얻게 된 것은 초기 두 가지 가정이 모두 잘못되었기 때문으로 사실 지구에는 원시지열 외에도 방사능 붕괴와 같은 추가적인 열원이 있을 뿐만 아니라 열이동 메커니즘에 대류가 포함되어 있음을 알지 못했기 때문입니다.
방사능 붕괴열
지구는 생성 시의 열원 외에도 방사능 물질의 붕괴에 의하여 지속적으로 추가됩니다. 이를 앞에서의 감자모형에 비유한다면 감자가 오븐 속에서 계속해서 소량의 열원을 공급받는 것으로 표현될 수 있습니다. 추가되는 열원의 양이 적은 경우에 오븐 속의 감자는 점차 냉각될 수밖에 없지만 냉각에 소요되는 시간은 당연히 식탁 위에서 바로 냉각되는 감자에 비하여 길어질 것입니다. 지열의 생성은 주로 우라늄, 토륨 및 칼륨 원소의 붕괴에 의합니다. 따라서 이러한 물질의 함량이 높은 대륙지각의 경우에는 단위 체적당 지열 발생량이 크게 나타납니다. 그러나 지열의 대부분은 지구 체적의 대부분을 차지하는 맨틀에서 발생하고 있습니다.
열의 이동
한 지역에서 다른 지역으로의 열 이동은 전자파 형태의 이동을 비롯하여 물질 간의 원자 상호작용에 의한 이동 및 실제의 물질 이동의 형태로 구분되며, 이들을 각기 복사, 전도, 대류현상이라고 합니다.
복사
지표면에서의 가장 큰 열원은 태양복사로서 지표 온도를 평균 섭씨 20도로 유지할 수 있게 합니다. 아울러 태양열은 기상과 해수 순환을 일으켜 풍화, 침식과 같은 지질 작용을 가능하게 합니다. 그러나 태양열은 지구내부의 지열에 대한 설명이 되지는 못하여 지진, 화산, 판이동과 같은 지구내부 현상과 연관된 다른 열원에 대한 설명이 필요합니다.
전도
열은 원자의 진동에 의하여 높은 온도 지역으로부터 낮은 곳으로 이동됩니다. 이것은 습기가 없는 뜨거운 감자가 찬 공기에 접해 있을 때 안쪽의 뜨거운 부분으로부터 바깥의 차가운 부분으로 열이 이동되면서 냉각하는 것과 같습니다. 이 경우에는 표면으로부터 내부로 갈수록 온도가 증가하는 온도경사가 형성되는데, 지구내부에서도 이와 비슷하게 지표 가까운 곳에서는 크고 내부로 갈수록 작아지는 지온경사를 생각할 수 있습니다. 전도에 의한 지열의 이동은 긴 지질시간을 통하여 느리게 일어납니다.
대류
물질의 실제적인 이동에 의해서 열이 전파되는 현상인 대류는 끓는 주전자 속에서 나타나는 물의 빠른 이동 현상으로부터 확인할 수 있습니다. 즉 주전자 바닥에서 뜨거워진 물은 위로 상승하고 표면에서 차가워진 물은 하강하여 다시 가열 지점으로 돌아가는 순환고리를 형성합니다. 지구 암권/약권 시스템에서의 대류 현상 또한 이와 비슷하여 약권 물질의 대류가 상승과 하강을 일으키고, 곳에 따라 지각을 변형시키기도 합니다.
반대류는 고체 상태의 물질이 이동함으로써 결과적으로 열이 전파되는 특별한 형태의 열대류를 의미합니다. 이 반대류는 매우 서서히 일어나기 때문에 전도현상에 의하여 온도가 다시 평형에 이르게 됩니다. 그러나 어떤 지역에서는 지구조 작용이 뜨거운 지괴는 수평 또는 수직 방향으로 갑자기 이동시켜 열이동을 현저하게 만들기도 하는데, 이와 같은 반대류의 예로는 지하 심부에서의 쓰러스트에 의한 지괴이동과 침식 지각평형 반발에 의한 산지의 융기 등이 있습니다.