D'utilisation importante, la plupart des grandes agglomérations en sont dotés mais pourtant ils sont peu mentionnés lorsque l'on fait référence aux économies d'énergie. En effet, des kilomètres de tunnels sous-terrains formant un réseau de chaleur alimentent les métropoles et grandes villes au travers de ce qu'on appelle le chauffage urbain (« district energy »). Ce dernier permet de distribuer de la chaleur en milieu urbain. Seuls des bouches d'égout marquent leur présence à la surface. A titre d'exemple, le circuit de valeur de New-York est un des plus vaste du monde. En effet, il est constitué de 170 km de canalisations, de 3000 bouches d'accès et dessert plus de 1 800 bâtiments, de l'Empire State Building au Nations-Unis.

Construits des dizaines d'années auparavant, ces canalisations constituent une source d'énergie non négligeable témoignant de la façon dont les grandes villes contribuent au développement économique durable. Bien souvent attachées aux usines de charbon, de pétrole, elles permettaient de pomper la vapeur ou l'eau produite au sein d'un circuit approvisionnant des immeubles en chaleur. Aujourd’hui, ces systèmes ont été modernisés afin à délivrer de la « chaleur écologique » générée par des combustibles propres et du recyclage de la vapeur ou d'eau chaude. En effet, il est à relever que ces canalisations, étant construites depuis des dizaines (voir quelques centaines) d'années auparavant, elle peuvent représenter un danger au regard de l'amiante qu'elles peuvent contenir. L'amiante a pu être utilisée pour isoler les canalisations ce qui pose des problèmes d'éventuelle exposition.

Cette vapeur ou eau chaude sert, en grande partie, à chauffer les immeubles et les circuits d'eau mais peut également être utilisée pour stériliser le matériel dans les hôpitaux ou encore pour refroidir les immeubles, en été, grâce aux réfrigérateurs à absorption.

Cette méthode présente plusieurs avantages telle que la réduction de la pollution atmosphérique. En effet, aujourd'hui, l'énergie du chauffage urbain provient, pour une part substantielle, de l'incinération des déchets. La récupération de la chaleur tirée de l'incinération de ces déchets permet des économies d'énergie et, ainsi, contribue à l'indépendance énergétique de la France. De plus, elle permet une centralisation du système de chauffage. En outre, les coûts de production de la chaleur issue de cette ressource sont moins sujets à variations comparés aux énergies fossiles et sont plus acceptables. C'est ainsi que Veolia a investi dans ce domaine aux États-Unis couverts par plus de 700 tunnels sous-terrains. Toutefois, le chauffage urbain ne se révèle intéressant que pour les zones densément peuplées du fait des coûts de construction d'un tel réseau souterrain.

Un rapport du Programme des Nations-Unies pour l'environnement (PNUE) de 2014 a relevé que 45 métropoles utilisaient cette méthode, ce qui a pour conséquence de réduire le recours aux énergies fossiles de 30 à 50%. Par exemple, depuis sa mise en place à Copenhague, l'équivalent de 1, 4 millions de baril de pétrole ont pu être économisés par an.

Afin de continuer leurs activités dans le cas où le courant est coupé, plusieurs hôpitaux et universités ont investi dans un système similaire. C'est ce qu'il s'est produit avec l'ouragan Sandy en 2012 aux États-Unis.

Malgré les avantages qu'un tel système apporte, des inconvénients sont à relever : les fuites et les explosions. En 2007, en plein Manhattan, l'explosion d'une canalisation a entraîné la mort d'une personne et une trentaine de personnes ont été blessées. De ce fait, même si des travaux de rénovation et de maintenance ont été lancées afin de renouveler les canalisations, d'autres entreprises se sont tournées vers des systèmes utilisant de l'eau chaude.

En France, les deux systèmes sont utilisés. La production de chaleur pour le réseau se fait dans des centrales importantes qui utilisent de multiples énergies telles que le fioul lourd, le charbon, le gaz, la géothermie ou la chaleur provenant de l'incinération des ordures ménagères. Ces réseaux d'énergie relèvent de la compétence des maires qui peuvent décider d'en assurer directement la gestion en régie ou de confier cette mission à un fermier (par le biais d'un contrat d'affermage) ou un concessionnaire (par le biais d'un contrat de concession). A lui seul, le réseau urbain de la ville de Paris fournit environ 25% de la consommation parisienne en chauffage selon le rapport de la Cour des comptes de 2009. Géré depuis 1927 sous la forme d'une délégation de service public confiée le groupe Elyo (Gdf-Suez), le contrat devrait venir à échéance en 2017.