Áætlanir og rannsóknir tengdar virkjun hins 50 km² háhitasvæðisins að Nesjavöllum hófust 1947. 
Háhitasvæði landsins eru u.þ.b. 27 talsins og öll tengd eldvirkustu hlutum þess. Nokkrar tilraunaholur voru boraðar til að meta orku og afköst svæðisins og efnasamsetningu jarðgufunnar. Nokkur tími leið þar til hafizt var handa á ný árið 1965 og með skemmri hléum var haldið áfram til ársins 1986. Árið 1987 hófst bygging virkjunarinnar og hornsteinn lagður 13. maí 1990. Starfsemi hófst 29. september sama ár.
Hengilssvæðið er talið meðal öflugustu háhitasvæða landsins og jarðhitinn er tengdur þremur eldvirkum kerfum. Náttúruleg jarðhitavirkni og borholur í nágrenni Hveragerðis eru á svæði, sem kennt er við Grenjadal. Norðan þess er annað kerfi, Hrómundartinskerfi, sem var eldvirkt fyrir u.þ.b. 10.000 árum. Vestasta svæðið er Hengilskerfið, sem hefur gosið nokkrum sinnum á nútíma og minnt á sig með jarðskjálftum af og til. Fræðslustígar kort.
Nesjahraunið varð til í gosi á Kýrdalssprungukerfinu í grennd við stöðvarhúsið fyrir u.þ.b. 2000 árum samtímis því, að Sandey í Þingvallavatni myndaðist.
Langar og ítarlegar rannsóknir hafa leitt í ljós, að úrkoma á fjalllendinu norðan jarðhitasvæðanna sígur djúpt niður í iður jarða um neðanjarðarsprungur til lægri svæða. Vatnið hitnar á leiðinni, þegar það kemst í snertingu við heit berglög og kemur sjóðandi eða rjúkandi upp á yfirborðið. Samkvæmt þessum rannsóknum sígur vatnið aðeins 3 km niður að meðaltali en sums staðar aðeins einn kílómetra. Vegna tiltölulega nýlegrar gosvirkni á þessum svæðum eru jarðlögin mjög ung. Efstu 500 metrarnir eru móberg og þar fyrir neðan mismunandi þykk blágrýtislög. Berggöngum fjölgar með auknu dýpi og á milli 1400-1600 metra dýpis eru þeir orðnir ráðandi. Vatnsæðar eru algengar milli þeirra og aðliggjandi berglaga, einkum ef vatnið er sýrublandað. Hitastigullinn á sprungusveimi Kýrdals er hinn mesti á svæðinu. Við sjávarmál er hann u.þ.b. 100°C en á 2 km dýpi u.þ.b. 350°C.
Allar borholur síðan 1972 hafa verið búnar til framtíðarnýtingar. Árangur borana hefur verið mjög góður og vonum framar. Meðalhola býr yfir 60MW orku, sem nægir til hitaveitu fyrir 7500 manns. Heildarfjöldi borholna, sem ætlaðar eru til vinnslu, er orðinn 23. Fjórar þeirra voru tengdar í upphafi vinnsluferils stöðvarinnar og orkugeta þeirra var samanlagt 140 MW. Í lok annars áfanga var 100 MW bætt við og helmingur þeirrar orku var leiddur til stöðvarinnar 1991. Með þessari viðbót urðu Nesjavellir að 200 MW virkjun og áætlanir gerðu ráð fyrir allt að 400 MW árið 2010. Þessum markmiðum var náð mun fyrr, því að nú þegar (2000) er virkjunin orðin stærri en þessu nemur.
Umframgufa er notuð samtímis til rafmagnsframleiðslu. Nokkrar holnanna gefa af sér tiltölulega hreina gufu og þær ættu að geta framleitt allt að 80 MW. Dælur stöðvarinnar þurfa 14MW við hámarksafköst hitaveitunnar (400 MW). Blanda vatns og gufu er leidd til stöðvarhússins í gegnum skiljur. Gufan heldur áfram til rafalanna og gufuháfar hleypa umframgufu út í andrúmsloftið. Gufan þéttist og sjóðandi vatninu er dælt til hitaranna, sem hita grunnvatnið, og kólnar við það niður í u.þ.b. 20°C. Vatnið frá borholunum inniheldur ýmiss konar steinefni, sem sezt innan á pípurnar í hiturunum. Til að hreinsa þessi aðskotaefni eru stálkúlur látnar leika um þær með vatnsþrýstingnum til að hindra að pípurnar stíflist.
Niðri í hrauninu við Þingvallavatn eru borholur, sem sjá fyrir nægu grunnvatni til upphitunar. Þaðan er því dælt upp í skilju-, þétta- og gufuhitarana, þar sem það er hitað upp í 85°- 90°C. Grunnvatnið er mettað súrefni, sem veldur tæringu eftir upphitun. Til að losna við það og aðrar lofttegundir er vatnið soðið við undirþrýsting. Þessi meðferð kælir vatnið niður í 82°- 85°C. Loks er örlitlu magni gufu dælt inn í það til að tryggja að allt súrefni hverfi og til að lækka sýrustig þess og hindra úrfellingar í pípunum. Þetta litla magn af brennisteinssýru, sem er í gufunni, hindrar líka súrefnismyndun í tönkunum í borginni og veldur þessari brennisteinslykt, sem við erum svo vön að finna, þótt við fáum ekki heitt jarðvatn frá Nesjavöllum.
Náttúrulegt frárennsli háhitasvæðisins á Nesjavöllum hefur ætíð verið til Þingvallavatns og hefur haft sín áhrif á lífríki þess. Fylgzt er með áhrifum aukins afrennslis vegna virkjunarinnar, svo að hægt sé að bregðast við strax og óæskilegar afleiðingar koma fram. Tilraunir hafa verið gerðar til að dæla afrennslisvatninu aftur niður í jörðina, ekki sízt vegna þess, að það kynni að draga úr hættu á ofnýtingu orkubirgða svæðisins.
Aðalbyggingar virkjunarinnar eru í 177 m hæð yfir sjó. Þaðan er heita vatninu dælt í gegnum 90 sm pípu, sem mjókkar í 80 sm mestan hluta leiðarinnar (27,2 km) til höfuðborgarinnar. Dælurnar eru einungis notaðar til að koma vatninu upp í 406 m hæð, þaðan sem það rennur sjálfkrafa niður á við til borgarinnar.
Reykjavík:
1928-30 14 borholur í Langarnesi.
1942-62 17 borholur í borginni.
1958 25 borholur í borginni.
1967> 13 holur borarðar í Elliðaárdal. 8 nýttar 1993
1993 10 holur nýttar í borginni..
Mosfellssveit:
1933-55 77 holur boraðar.
1970 > 39 holur boraðar.
1993 34 holur nýttar.
Nesvallaleið um Hólmsheiði að Nesjavöllum er um 25 km. R 431/435
