在太阳光低下利用凸透镜聚焦点燃木材、纸张或者香烟，这其实就是太阳能高温利用最简单的例子。对太阳能进行大规模的聚焦，即收集起来产生高温热能，热能转换为工质的内能、利用内能驱动机械做功，即可实现发电。这就是太阳能热发电的基本原理。
我们知道，热机是指各种利用内能做功的机械，按照不同的分类方式有内燃机和外燃机，蒸汽轮机、燃气轮机和斯特林机等。就太阳能热发电系统来说，根据聚光系统所采用的聚焦方式，分为线聚焦和点聚焦两种。线聚焦又分为槽式和菲涅耳式两种，点聚焦分为塔式和碟式两种。目前，通常的聚光系统聚焦倍数10-1000倍，加热工质温度可到400℃（导热油）、560℃（熔融盐），甚至接近1000℃（金属、空气、二氧化碳、氦气、氢气等）左右，利用聚光太阳能把工质加热到高温，理论上可以实现所有的热力循环，包括卡诺循环、布伦顿循环和斯特林循环等。由于聚光系统是太阳能热发电站的主要特点，因而人们通常称为槽式、菲涅耳式、塔式和碟式太阳能热发电４种方式。
从能量转换的角度来看，太阳能热发电站主要包括光热转换和热功转换两个过程。光热转换通过聚光系统和吸热系统实现，热功转换通过热机实现。相比其它发电站形式，太阳能热发电站的主要特点有：
1、只利用太阳能辐射的直射辐射部分。根据不同的气候环境，太阳能直射辐射通常占总辐射的比例50-90％。
2、大规模聚光系统。小到百平方米量级，大至万平方米量级。太阳能热发电站目前只能大规模利用（碟式斯特林太阳能发电以百平方米量级的聚光器为模块），聚光系统占地面积通常以平方公里计。
3、存储和传输工质的管道具有较大热惯性。由于管道具有热惯性，即使不采用储热，其发电的电力品质也比较平稳。
4、储热和补燃。太阳能热发电站可以广泛利用储热和化石能源补燃的技术。储热会使电站增加10-15%的成本。
