Рассмотрена математическая постановка прямой трехмерной задачи геотермии в стационарной и нестационарной формах. Особенностью рассмотренной постановки задачи является возможность учета неоднородности строения моделируемого объекта по плотностным и теплофизическим параметрам. С этой целью вводится система типовых аппроксимирующих элементов - вертикальных призм с произвольными верхним и нижним основаниями и постоянными значениями плотности, коэффициентов тепло- и температуропроводности, а также плотности тепловыделения, обусловленного распадом радиоактивных элементов осадочных горных пород. На границе моделируемого объема заданы условия смешанного типа: величина теплового потока из основания и температура, определяемая по значениям векового хода температур земной поверхности. В задачах оценки прогнозных ресурсов нефтегазоносных территорий рассматриваемые граничные значения позволяют учитывать палеоклиматические условия генерации нефтяных углеводородов. Решение задачи построено на основе методов теории потенциала и теории линейных интегральных уравнений. Точность и быстродействие алгоритмов демонстрируется расчетами тестовых примеров.