A termikus napenergia a napfényt hőenergiává alakítja át, és a víz felmelegítésével gőzt termel, amely viszont egy turbinát forgatva villamos energiát termel. Bár sokféle üzem létezik, amely a nap energiáját ilyen módon hasznosítja, mindegyik tükröt használ a napfény visszaverésére és egyetlen pontra való koncentrálására.

A hőt könnyebb tárolni, mint a villamos energiát, így a termikus naperőművek előnye, hogy olyan villamos energiát termelnek, amely tárolható és később felhasználható, például további akkumulátor-technológiák nélkül. Ezenkívül, mivel a termikus napenergia nagyon magas hőmérsékletet termel, a fosszilis tüzelőanyagok helyettesítésére is felhasználható például az acél- és cementgyártás során.

A termikus napenergia hatékony működéséhez sokkal több földterületre van szükség, mint a napelemekhez, és közüzemi szinten kell telepíteni. A működéshez elég sok vízre is szükség van, ami a jövőben kihívást jelenthet, mivel az éghajlati válság egyre több szélsőséges aszályt okoz. 

Bár a termikus napenergia telepítése drága, üzemeltetése olcsó, és sokkal rugalmasabb, mint sok más megújuló technológia. Ezt szem előtt tartva a termikus napenergia telepítésének kormányzati és ipari támogatása nagymértékben növelheti a napenergia alkalmazását.