在太陽光低下利用凸透鏡聚焦點燃木材、紙張或者香煙，這其實就是太陽能高溫利用最簡單的例子。對太陽能進行大規模的聚焦，即收集起來產生高溫熱能，熱能轉換為工質的內能、利用內能驅動機械做功，即可實現發電。這就是太陽能熱發電的基本原理。

    我們知道，熱機是指各種利用內能做功的機械，按照不同的分類方式有內燃機和外燃機，蒸汽輪機、燃氣輪機和斯特林機等。就太陽能熱發電系統來說，根據聚光系統所采用的聚焦方式，分為線聚焦和點聚焦兩種。線聚焦又分為槽式和菲涅耳式兩種，點聚焦分為塔式和碟式兩種。目前，通常的聚光系統聚焦倍數10-1000倍，加熱工質溫度可到400℃（導熱油）、560℃（熔融鹽），甚至接近1000℃（金屬、空氣、二氧化碳、氦氣、氫氣等）左右，利用聚光太陽能把工質加熱到高溫，理論上可以實現所有的熱力循環，包括卡諾循環、布倫頓循環和斯特林循環等。由于聚光系統是太陽能熱發電站的主要特點，因而人們通常稱為槽式、菲涅耳式、塔式和碟式太陽能熱發電４種方式。

    從能量轉換的角度來看，太陽能熱發電站主要包括光熱轉換和熱功轉換兩個過程。光熱轉換通過聚光系統和吸熱系統實現，熱功轉換通過熱機實現。相比其它發電站形式，太陽能熱發電站的主要特點有：

    1、只利用太陽能輻射的直射輻射部分。根據不同的氣候環境，太陽能直射輻射通常占總輻射的比例50-90％。

    2、大規模聚光系統。小到百平方米量級，大至萬平方米量級。太陽能熱發電站目前只能大規模利用（碟式斯特林太陽能發電以百平方米量級的聚光器為模塊），聚光系統占地面積通常以平方公里計。

    3、存儲和傳輸工質的管道具有較大熱慣性。由于管道具有熱慣性，即使不采用儲熱，其發電的電力品質也比較平穩。

    4、儲熱和補燃。太陽能熱發電站可以廣泛利用儲熱和化石能源補燃的技術。儲熱會使電站增加10-15%的成本。