Termoelektrarna uporablja paro za vrtenje turbin, ki nato napajajo električne generatorje. Večina elektrarn na svetu za delovanje uporablja toplotno energijo. Termoelektrarna je običajno opredeljena z vrsto goriva, ki se uporablja za ogrevanje vode in ustvarjanje pare. Premog, nafta ter celo sončna in jedrska energija se lahko uporabijo za ustvarjanje pare, potrebne za delovanje termoelektrarne.
Številne termoelektrarne delujejo po delno zaprti zanki z uporabo tako imenovanega Rankinovega cikla. Vodo segrevamo z gorivom, kot je premog ali jedrska energija, dokler ne postane para. Para poteka skozi vrsto komor, zaradi katerih je močnejša, vročejša in močnejša. Para doseže turbine in jih zavrti, nato pa se potisne v hladilni prostor, kjer lahko kondenzira nazaj v vodo. Vodo lahko nato ponovno uporabite za ustvarjanje pare, s čimer se zanka zaključi.
Ena vrsta termoelektrarne, ki oddaja korak ogrevanja, je geotermalna elektrarna. To uporablja paro in naravno vrelo vodo, ki se dviga iz zemlje v obliki gejzirjev in vročih vrelcev. Geotermalni viri so lahko nepredvidljivi in imajo nekoliko omejeno uporabo zaradi prisotnosti le na določenih mestih, na primer ob tektonskih razcepih. Kljub temu geotermalne elektrarne porabijo manj energije kot mnoge druge sorte, zaradi česar so stroškovno in časovno učinkovitejše.
Ena glavnih skrbi pri termoelektrarni je gorivo, ki se uporablja za proizvodnjo pare iz vode. Pogosti viri goriva vključujejo premog in druga fosilna goriva, ki imajo več vgrajenih težav. Poleg vse manj razpoložljivih virov so fosilna goriva na splošno močno onesnaževala in mnogi znanstveniki menijo, da so glavni dejavnik, ki prispeva k globalnemu segrevanju. Jedrski viri so veliko čistejši, vendar mnoge skrbi možnost škodljivega puščanja, ki bi lahko stoletja kontaminirala okoliška območja.
Prednost sončnih termoelektrarn je, da niso onesnaževalne in uporabljajo tudi popolnoma obnovljiv vir: sončno svetlobo. Uporaba sončnih panelov za absorbiranje sonca, leče in ogledala nato koncentrirajo toploto za aktiviranje generatorja pare. Ta tehnologija je v začetku 21. stoletja v povojih; učinkovitost in spremenljivke premikajočega se sonca še naprej povzročajo težave pri gradnji sončne termoelektrarne velike zmogljivosti.
Termoelektrarna je mogočno orodje v vsakdanjem življenju na planetu; številne regije dobijo večino oskrbe z energijo iz termoelektrarn. Strokovnjaki pravijo, da tehnologija zahteva napredek in izboljšave, da izpolni vse večje potrebe po energiji. Poleg tega pritisk za zmanjšanje porabe fosilnih goriv in ustvarjanje energetskih virov z nizko onesnaženostjo zahteva nove ideje, načrte in eksperimentiranje na terenu.