Elektrownia cieplna wykorzystuje parę do wirowania turbin, które z kolei zasilają generatory elektryczne. Większość elektrowni na świecie wykorzystuje do działania energię cieplną. Elektrownia cieplna jest zwykle definiowana przez rodzaj paliwa używanego do podgrzewania wody i wytwarzania pary. Węgiel, ropę naftową, a nawet energię słoneczną i jądrową można wykorzystać do wytworzenia pary niezbędnej do uruchomienia elektrowni cieplnej.
Wiele elektrowni cieplnych działa w częściowo zamkniętej pętli, wykorzystując tak zwany cykl Rankine’a. Woda jest podgrzewana przez paliwo, takie jak węgiel lub energia jądrowa, aż do momentu, gdy stanie się parą. Para przechodzi przez szereg komór, dzięki czemu jest silniejsza, gorętsza i potężniejsza. Para dociera do turbin i obraca je, a następnie jest przepychana do chłodni, gdzie może ponownie skraplać się w wodę. Woda może być następnie ponownie wykorzystana do wytworzenia pary, uzupełniając pętlę.
Jednym z rodzajów elektrowni cieplnych, które emitują stopień ogrzewania, jest elektrownia geotermalna. Wykorzystuje to parę i naturalnie wrzącą wodę, która unosi się z ziemi w postaci gejzerów i gorących źródeł. Źródła geotermalne mogą być nieprzewidywalne i mają nieco ograniczone zastosowanie ze względu na ich obecność tylko w niektórych miejscach, na przykład wzdłuż przepaści tektonicznych. Niemniej jednak elektrownie geotermalne zużywają mniej energii niż wiele innych odmian, co czyni je bardziej efektywnymi kosztowo i czasowo.
Jednym z głównych problemów związanych z elektrownią cieplną jest paliwo wykorzystywane do wytwarzania pary z wody. Typowe źródła paliw obejmują węgiel i inne paliwa kopalne, które mają kilka wbudowanych problemów. Oprócz zmniejszających się dostępnych zasobów paliwa kopalne są na ogół silnie zanieczyszczające i wielu naukowców uważa, że są głównym czynnikiem przyczyniającym się do globalnego ocieplenia. Źródła jądrowe są znacznie czystsze, ale wielu martwi możliwość szkodliwego wycieku, który może zanieczyścić okoliczne tereny na wieki.
Elektrownie słoneczne mają tę zaletę, że nie zanieczyszczają środowiska, a także wykorzystują całkowicie odnawialny zasób: światło słoneczne. Korzystanie z paneli słonecznych do pochłaniania słońca, soczewek i luster, a następnie skoncentrowanie ciepła w celu uruchomienia generatora pary. Ta technologia jest w powijakach na początku XXI wieku; wydajność i zmienne poruszającego się słońca nadal stwarzają problemy przy budowie elektrowni słonecznej o dużej mocy.
Elektrownia cieplna to potężne narzędzie codziennego życia na planecie; wiele regionów otrzymuje większość energii z elektrowni cieplnych. Eksperci twierdzą, że technologia wymaga postępów i udoskonaleń, aby sprostać rosnącym wymaganiom energetycznym. Ponadto presja na zmniejszenie zużycia paliw kopalnych i tworzenie źródeł energii o niskim poziomie zanieczyszczeń wymaga wprowadzenia nowych pomysłów, planów i eksperymentów w terenie.