Stocarea energiei termice este un mijloc de stocare a energiei pentru o utilizare ulterioară, prin intermediul unui rezervor termic. Există o serie de tipuri diferite de rezervoare termice, unele fiind menținute la o temperatură mai mare decât mediul înconjurător, iar unele fiind menținute la o temperatură mai scăzută. Utilizarea gheții depozitate sau a apei rece pentru a răci clădirile sau alte medii în timpul zilei este o aplicație a stocării energiei termice. O altă aplicație este stocarea căldurii de la instalațiile care captează energie solară termică, de exemplu, într-o instalație de stocare izolată pentru încălzirea ulterioară a clădirilor și a altor medii, sau producerea de apă încălzită pentru uz comercial sau rezidențial.
Tehnologia din spatele stocării energiilor termice se bazează de obicei pe capacitatea apei de a stoca cantități mari de căldură sau frig. Această caracteristică a apei se numește căldură de fuziune. Aceasta este o măsură a câtă energie termică trebuie să fie absorbită de o substanță pentru ca aceasta să se schimbe dintr-o stare solidă în stare lichidă, sau invers. Un volum relativ mic de apă poate stoca o cantitate mare de energie. O măsurătoare tipică a căldurii de fuziune ar putea fi cantitatea de energie care poate fi stocată, de exemplu, de un metru cub de apă, care este de 93 de kilowați.
Una dintre cele mai comune aplicații industriale ale stocării energiei termice este cea a sistemelor de aer condiționat pentru clădirile mari. În clădirile comerciale, sistemele de aer condiționat sunt adesea cele mai mari contribuții la consumul de energie electrică în timpul zilei, în special în timpul verii. Ca atare, utilizarea stocării energiei termice sub formă de gheață poate permite unităților de aer condiționat să funcționeze mai economic prin funcționarea echipamentelor de răcire în timpul nopții, când electricitatea poate fi mai ieftină, și stocarea energiei sub formă de gheață pentru a fi utilizată în aerul de răcire în timpul zilei.
Conversia energiei termice oceanice este o tehnologie care folosește stocarea naturală a energiei termice care există în mare. Folosind această tehnologie, electricitatea poate fi generată de un motor termic care este condus de diferența de temperatură dintre apa de mică adâncime și cea mai adâncă. În general, apa oceanului adânc este mai rece decât apa la adâncimi mai mici. Această utilizare a stocării energiei termice funcționează pe principii asemănătoare celor folosite la turbine, prin transferul energiei termice în energie de lucru și apoi în energie electrică.