太陽能發電在物理學上稱為太陽能光伏 （Photovoltaic，簡稱為PV）。太陽光電系統， 也就是利用裝置太陽電池的功能，其發電能源來自太陽光，而太陽輻射的光譜，主要是以可見光為中心，波長從 0.3 微米的紫外光到數微米的紅外光，是主要的分布範圍。如果換算成光子的能量，則大約在0.3到4電子伏特之間。於是人們尋找到間隙大小在這個範圍內的材料，像晶矽半導體，會具有比較好的光電轉換效率，乃利用電位差的原理而產生了電力，發電時不會產生電磁波。

太陽能發電是把陽光轉換成電能，可直接使用太陽能光伏（PV），或間接使用聚光太陽能熱發電（CSP）。聚光太陽能熱發電系統會使用透鏡或反射鏡和跟蹤系統將大面積的陽光聚焦成一個小束，並利用光電效應將光伏光轉換成電流。聚光太陽能熱發電(CSP)是一個集熱式的太陽能發電廠的發電系統。它使用反射鏡或透鏡，利用光學原理將大面積的陽光匯聚到一個相對細小的集光區中，令太陽能集中，在發電機上的集光區受太陽光照射而溫度上升，由光熱轉換原理令太陽能換化為熱能，熱能通過熱機（通常是蒸汽渦輪發動機）做功驅動發電機，從而產生的電力。

聚光太陽能熱發電(CSP)已被廣泛的商業化，並且從2007年至2010年年底，CSP市場已經出現了約740 MW的發電能力的增加。在2010年，超過一半的發電能力（約478 MW）已被安裝，使其全球總發電能力達到1095 MW。西班牙在2010年增加了400 MW，以總的632 MW領先了全球，而美國截至同一年年底增加了78 MW，達到了總發電能力爲509 MW，其中包括兩個化石燃料-CSP混合的發電廠。中東也提升他們的安裝基於CSP項目的計劃，並作為該計劃的一部分，世界上最大的CSP項目Shams-I已被馬斯達爾（MASDAR）安裝在阿布達比市。

CSP不會受到雲層干擾，其供電時間為用電高峰，許多CSP可以使用熔鹽儲熱，因此在沒有日照後數小時仍會發電，儲熱量也不需太高，在深夜及凌晨可以停止發電，但此時用電量較低（使用基載電力就可滿足），這樣的CSP就已經很實用，在非高峰時間，CSP的發電量可以依需求調節（可以在短時間內停止發電、此時聚集的熱量會完全儲存於熔鹽內），彈性甚至比天然氣發電還要高。

此外，CSP不要與聚光光伏(CPV)混為一談。聚光光伏(CPV)是通過光生伏打效應把聚光的太陽光直接轉換為電能。