Геотерми́ческий градие́нт, один из геотермических параметров; векторная величина, определяющая изменение температуры $T$ в земных недрах: $\text{grad}\,T = \boldsymbol i\,\partial T/\partial x + \boldsymbol j\,\partial T/\partial y + \boldsymbol k\,\partial T/\partial z,$ где $\boldsymbol i,$ $\boldsymbol j,$ $\boldsymbol k$ – единичные векторы, совпадающие с положительными направлениями осей $x$, $y$, $z$ соответственно. В геотермии под геотермическим градиентом часто подразумевают степень повышения температуры горных пород с глубиной, т. е. вертикальную составляющую геотермического градиента. Произведение геотермического градиента на коэффициент теплопроводности равно плотности теплового потока из недр Земли. Величину, обратную вертикальной составляющей геотермического градиента, называют геотермической ступенью.

Величина геотермического градиента для земной коры изменяется как с глубиной, так и вдоль поверхности в диапазоне 5–200 °С/км в зависимости от минералогического состава пород, теплопроводности, тектонической обстановки и других факторов. Среднее значение величины геотермического градиента для верхней части разреза земной коры 20–30 °С/км и в целом уменьшается с глубиной.

При бурении Кольской сверхглубокой скважины (до глубины 12,26 км) было обнаружено, что геотермический градиент сначала увеличивается от 10 °С/км в верхних горизонтах до 25 °С/км на глубине 5 км, затем уменьшается до 15 °С/км на глубине 11 км. Рост температуры с увеличением глубины указывает на существование теплового потока из недр Земли к поверхности.