W wymiennikach bezprzeponowych przepływające powietrze ma bezpośredni kontakt z odpowiednio przygotowaną warstwą gruntu (wymienniki żwirowe i płytowe).
W gruntowym wymienniku ciepła wykorzystuje się dużą pojemność cieplną gruntu, dzięki której można zmniejszyć wahania temperatury powietrza dostarczanego do budynku (w stosunku do pobieranego bezpośrednio z atmosfery). Instalacja jest wykorzystywana do wstępnego ogrzewania (w zimie) lub chłodzenia (w lecie) powietrza wprowadzanego do budynków. Najczęściej jest to system połączony z wentylacją mechaniczną budynku i rekuperatorem, powietrznym systemem grzewczym (np. pompą ciepła), ewentualnie z wentylacją grawitacyjną wspomaganą kominem słonecznym.
Gruntowe wymienniki ciepła początkowo znajdowały zastosowanie w budownictwie budynków autonomicznych oraz wznoszonych zgodnie z niemiecką normą domu pasywnego. Obecnie rozwiązanie to wykorzystywane jest coraz częściej w instalacjach wentylacyjnych nowo wznoszonych obiektów, gdzie zwraca się szczególną uwagę na niską energochłonność budynku.