I ATES anlæg udnyttes jordens og grundvandets termiske lagringsegenskaber samt udnytter fordelene i grundvandskøling og grundvandsvarmepumper.
ATES anlæg fungerer ved, at grundvand i kølesæsonen oppumpes fra ”kolde” boringer og ledes til en varmeveksler, hvori køleenergien afsættes og overskudsvarmen optages. Herfra ledes det opvarmede grundvand videre og reinfiltreres i grundvandsmagasinet, så der dannes et varmelager.
I varmesæsonen reverseres pumperetningen, så den lagrede varme genindvindes fra grundvandsmagasinet. Varmen kan således genanvendes som kilde varmepumpedrift eller afledes til omgivelserne via frikøling. Det oppumpede grundvand genkøles ned til 2 °C, hvorefter det reinfiltreres til grundvandsmagasinet, så der dannes et kølelager til den efterfølgende kølesæson.
ATES anlæg påvirker kun miljøet i meget begrænset omfang, samtidig med at der opnås store energibesparelser med korte tilbagebetalingstider til følge.