Pembangkit listrik termal menggunakan uap untuk memutar turbin, yang pada gilirannya memberi makan generator listrik. Sebagian besar pembangkit listrik di dunia menggunakan energi panas untuk beroperasi. Pembangkit listrik termal biasanya ditentukan oleh jenis bahan bakar yang digunakan untuk memanaskan air dan menghasilkan uap. Batubara, minyak, dan bahkan tenaga surya dan nuklir dapat digunakan untuk membuat uap yang diperlukan untuk menjalankan pembangkit termal.
Banyak pembangkit termal beroperasi pada loop tertutup sebagian, menggunakan apa yang dikenal sebagai siklus Rankine. Air dipanaskan oleh bahan bakar, seperti batu bara atau tenaga nuklir, hingga menjadi uap. Uap dilewatkan melalui serangkaian ruang yang membuatnya lebih kuat, lebih panas, dan lebih bertenaga. Uap mencapai turbin dan memutarnya, kemudian didorong ke area penyimpanan pendingin di mana ia dapat mengembun kembali menjadi air. Air kemudian dapat digunakan kembali untuk membuat uap, menyelesaikan putaran.
Salah satu jenis pembangkit listrik tenaga panas bumi yang memancarkan langkah pemanasan adalah pembangkit listrik tenaga panas bumi. Ini memanfaatkan uap dan air mendidih alami yang muncul dari bumi dalam bentuk geyser dan mata air panas. Sumber panas bumi tidak dapat diprediksi, dan penggunaannya agak terbatas karena keberadaannya hanya di tempat-tempat tertentu, seperti di sepanjang celah tektonik. Namun demikian, pembangkit panas bumi menggunakan lebih sedikit energi daripada banyak varietas lainnya, membuatnya lebih hemat biaya dan waktu.
Salah satu perhatian utama dengan pembangkit termal adalah bahan bakar yang digunakan untuk menghasilkan uap dari air. Sumber bahan bakar umum termasuk batu bara dan bahan bakar fosil lainnya, yang memiliki beberapa masalah bawaan. Selain sumber daya yang semakin menipis, bahan bakar fosil umumnya merupakan pencemar berat dan diyakini oleh banyak ilmuwan sebagai faktor penyumbang utama pemanasan global. Sumber nuklir jauh lebih bersih, tetapi banyak yang khawatir dengan kemungkinan kebocoran berbahaya yang dapat mencemari daerah sekitarnya selama berabad-abad.
Pembangkit listrik tenaga surya memiliki keuntungan karena tidak menimbulkan polusi dan juga memanfaatkan sumber daya yang sepenuhnya terbarukan: sinar matahari. Menggunakan panel surya untuk menyerap sinar matahari, lensa dan cermin kemudian memusatkan panas untuk mengaktifkan generator uap. Teknologi ini masih dalam masa pertumbuhan di awal abad ke-21; Efisiensi dan variabel matahari yang bergerak terus menimbulkan masalah dalam membangun pembangkit listrik tenaga panas matahari berkapasitas besar.
Pembangkit listrik termal adalah alat yang hebat dalam kehidupan sehari-hari di planet ini; banyak daerah menerima sebagian besar pasokan energi mereka dari pembangkit termal. Para ahli mengatakan teknologi membutuhkan kemajuan dan penyempurnaan untuk memenuhi kebutuhan energi yang terus meningkat. Selain itu, tekanan untuk mengurangi konsumsi bahan bakar fosil dan menciptakan sumber energi rendah polusi membutuhkan ide, rencana, dan eksperimen baru untuk dibawa ke lapangan.