В тепловых электростанциях двигатель преобразует тепловую энергию, часто в результате сжигания топлива, во вращательную энергию. Большинство тепловых электростанций работает с помощью пара (паросиловые станции). Не вся тепловая энергия может быть преобразована в механическую (в соответствии со вторым законом термодинамики). Таким образом, всегда есть тепло, которое теряется в окружающую среду. Если эта потеря не использовалась в качестве полезного тепла для промышленных процессов и теплоснабжения, то такую станцию называют теплоэлектроцентралью (комбинированное производство тепла и мощности). На Ближнем Востоке используют побочный продукт тепла для опреснения воды.

          КПД паровой турбины ограничивается максимальной температурой пара и не имеет прямой зависимости от вида используемого топлива. Для тех же условий, пара, угля, атомные и газотурбинные электростанции имеют одинаковую теоретическую эффективность. В целом, если система находится на постоянной (базовой нагрузке), она будет более эффективной, чем одна, которая используется с перерывами (пик нагрузки). Кроме того, использование тепла для отклонения процесса или централизованного теплоснабжения, одним из способов повышения общей эффективности электростанции является объединение двух различных термодинамических циклов. Чаще всего выхлопные газы от газовой турбины используются для генерации пара для котла и паровой турбины. Сочетание «сверху» и «дно» цикла позволяет получить большую общую эффективность, чем любой цикл может достичь в одиночку.

          Тепловые электростанции классифицируются по типу топлива и типу силовых установок:

По типу топлива:

- атомные электростанции используют тепло ядерного реактора для работы генератора паровой турбины. Около 20% электрической энергии в США получают на атомных электростанциях;

- топливом для электростанции может также служить пар турбогенератора или природный газ - для турбины внутреннего сгорания. Если станция производит электроэнергию путем сжигания угля, то она имеет побочный эффект производства - большое количество диоксида углерода, который выделяется от сжигания угля и влияет на глобальное потепление. Около 50% выработки электроэнергии в США производится угольными электростанциями;

- геотермальные электростанции используют пар, извлеченный из горячих подземных пород;

- солнечные тепловые электростанции используют солнечный свет;

По типу силовых установок:

- паровая турбина с динамическим давлением. Около 80% всей электроэнергии в мире производится с использованием паровых турбин;

- газотурбинные установки с использованием динамического давления воздуха и продуктов сгорания, непосредственно необходимые для работы турбины. Этот вид был впервые использован в Великобритани и введен в эксплуатацию в 1959 году;

- комбинированного цикла и газовых турбин. Работа - на природном газе. Паровой котел и паровая турбина используют горячие выхлопные газы от газа турбин для производства электроэнергии. Это значительно повышает общую эффективность работы завода;

- поршневые двигатели внутреннего сгорания. Используются для обеспечения питания изолированных установок, часто - для небольших когенерационных установок. Больницы, офисные здания, промышленные предприятия и другие жизненно важные объекты используют их в качестве резервного питания на случай отключения электроэнергии.

          Все тепловые электростанции для производства энергии используют продукты сгорания. Количество отходов на тепловую энергию равно или превышает количество произведенной электрической энергии. Это негативно сказывается - происходит повышение температуры в атмосфере, которая мала по сравнению с парниковыми газами, выброшенными на тех же электростанциях. На АЭС и на электростанциях, работающих на топливе, используют большие гиперболические трубы структур, что освобождает излишнее тепло за счет испарения воды, геотермальную энергию, биомассы и отходы используют для вентиляторов, чтоб обеспечить воздушное движение вверх, выполнить принудительное охлаждение. Такое использование может быть необходимо в районах с ограниченным водопользованием градирен или радиаторов непосредственно с воздушным охлаждением, поскольку стоимость или экологические последствия получения подпиточной воды для охлаждения испарением будут непомерно высокими. Они имеют меньшую эффективность и большее потребление энергии в вентиляторах.

          Там, где экономически и экологически возможно, электроэнергетические компании предпочитают использовать охлаждение воды с помощью озера, реки или пруда-охладителя, а не из градирни. Этот тип охлаждения может снизить затраты энергии для перекачки охлаждающей воды через горячие теплообменники завода. Тем не менее, отходящее тепло может привести к повышению температуры воды, что недопустимо. Мощность установки с использованием естественных водоемов для охлаждения должна быть направлена на предотвращение попадания организмов в цикл охлаждения. Дальнейшее воздействие на окружающую среду для организмов, приспособленных для теплой воды, является губительным.

Остальные электростанции используют энергию волн, ветер, солнечный свет или энергию падающей воды. Эти типы источников энергии, называемые возобновляемыми источниками энергии.
Гидроэлектростанции. Гидроэлектростанции изымают резервуар воды и пропускают ее через один или несколько водяных турбин для выработки электричества.
Гидроаккумулирующии установки. Гидроаккумулирующая ГЭС является чистым потребителем энергии, что снижает цену электроэнергии. Вода закачивается в резервуар, когда цена за электроэнергию является низкой. Во время часы пикового спроса, когда цена на электричество высокая, вода выпускается через турбины для производства электрической энергии.
Солнечные ЭС. Солнечные фотоэлектрические станции используют фотоэлектрические ячейки, основанные на фотоэлектрическом эффекте для преобразования солнечного света в постоянный ток. Этот тип предприятий не используют вращающиеся машины как энергоносители преобразования. Солнечные тепловые электростанции - другой тип электростанций. Они используют либо параболических желоба или гелиостаты прямых солнечных лучей на трубы, содержащие теплоносители, такие как нефть, нагретое масло. Затем преобразуется вода в пар, который вращает турбину, диски электрического генератора. Центральное сооружение солнечной тепловой электростанции использует сотни и тысячи зеркал, в зависимости от размера, прямых солнечных лучей на приемник на вершине сооружения. Опять же, тепло используется для производства пара для турбин. Существует еще один тип солнечных тепловых электростанций. Солнечный свет падает на дно водоема, на нижнем слое воды температура повышается. Цикл Ренкина использует разницу температур в слоях воды для выработки электроэнергии.
Ветер. Ветровые турбины могут быть использованы для выработки электроэнергии в областях с сильными, устойчивыми ветрами, иногда в море. Много разных конструкций были использованы в прошлом, но почти во всех современных турбинах, производящихся сегодня, используют 3-лопастную конструкцию. Grid-ветряных турбин в настоящее время построено много. В турбинах порядка 1 МВт лезвия двигаются более медленно, чем в турбинах, менее 1 МВт, что делает их безопаснее. Старые турбины до сих пор используются на некоторых ветровых электростанциях, например, на Алтамонт Пасс и Техачапи Пасс.

          Оперативный персонал электростанции имеет ряд обязанностей: они несут ответственность за безопасность работы бригад, которые часто выполняют ремонт механического и электрического оборудования. Также оперативный персонал отвечает за запуск и остановку генераторов при необходимости. Они имеют право синхронизировать и регулировать выходное напряжение. Они должны знать электрические и механические системы в целях устранения неполадок в работе оборудования. Оперативный персонал должен быть готовым к чрезвычайным ситуациям и знать процедуры, направленные на борьбу с ними.

Библиотека