Das Molassebecken ist eine der wichtigsten Regionen für hydrothermale Nutzungen (tiefe Geothermie, Erdwärme) in Baden-Württemberg. Nutzhorizonte sind Oberer Muschelkalk, Oberjura und Sandsteinaquifere der Oberen Meeresmolasse. Die Thermalwässer werden balneologisch und zur Gebäudeheizung genutzt.
Im GeoMol-Projekt wurde das geothermische Potenzial der mitteltiefen bis tiefen Erdwärmesonden für ein Teilgebiet des baden-württembergischen Molassebeckens abgeschätzt (hohe Untergrundtemperatur, Temperaturgradient). Theoretisch könnten demnach nahezu überall Erdwärmesondenanlagen erstellt werden.
In Baden-Württemberg wird tiefe Geothermie (Erdwärme) aufgrund der hohen Untergrundtemperaturen (positive Temperaturanomalien) im Oberrheingraben und im Molassebecken genutzt. Die geothermische Nutzung der Thermalwässer hat eine lange Tradition (Baden-Baden, Badenweiler).