理论上，地热学阐明地球的热状态、热历史及全球热场分布；研究地球各圈层之间能量平衡热流信息，地球内热与太阳能辐射外热之间的关系。应用上，地热学研究地热资源分布规律、形成机制及其开发利用途径；研究各类能源、矿产资源如石油、天然气、甲烷水合物等形成时的古地热条件；研究矿区的深部地温预测等。

1939年，英国剑桥大学的研究学者首次报道大地热流密度测量结果。20世纪60年代，大地热流测量在世界各国普遍展开。第13届国际大地测量学与地球物理学联合会成立了国际热流委员会。1965年，美国加州大学和日本东京大学首次对全球热流数据进行了统计分析，勾画出全球大地热流密度分布的基本轮廓，其结果对板块构造学的建立起到重要作用。此后，国际热流委员会不定期地将全球大地热流数据进行更新补充。

中国大地热流测试工作始于20世纪70年代初，中国科学院地质研究所地热组于1979年正式发表了中国华北地区可信大地热流数据25个。1991年，国际热流委员会将中国大陆地区公开发表的366个大地热流数据收入“全球热流数据汇编”之中。

概括为观察-实验或模拟-解释或推演。大地热流是地球表面单位时间内单位面积上由地球内部以传导方式传至地表，之后散发到宇宙太空中去的热量，数值上等于地温梯度与岩石热导率的乘积。为得到大地热流值，首先要在钻孔中测量地温随深度的变化，从而得到地温梯度值，同时还需获取足够的岩石样品，在实验室内测量岩石热导率。

地热数值模拟是随着计算机技术的应用而快速发展起来的一种新方法，它能对许多地热问题进行正演、反演计算，并弥补实际观测、实验数据的不足。20世纪80年代，中国将有限单元法引进到地热研究中来，并将该方法在华北盆地地热研究和南海莺歌海盆地的热史恢复重建中加以系统应用，利用有限单元法的数值模拟结果与实际观测值十分吻合。“解释”或“推演”是在拥有大量观测资料、实验数据的情况下，去伪存真，恢复或重建一个地区，特别是含油气盆地的热历史。