Le principe est de transformer l'énergie solaire en énergie calorifique. Il existe différentes techniques permettant d'effectuer cette transformation (concentration parabolique, four solaire, mur trombe, capteur solaire). Dans le bâtiment, les capteurs solaires sont principalement employés pour produire de l'eau chaude sanitaire. Ils peuvent également participer au chauffage du bâtiment (système solaire combiné avec plancher solaire direct).
Très curieusement, les capteurs solaires thermiques fonctionnent grâce à un effet de serre. Il s'agit, en effet, de petites serres qui piègent le rayonnement solaire puis cèdent leur chaleur à un radiateur extra-plat, de couleur noire, qui absorbe le rayonnement solaire. Il y a ensuite réchauffement d'un glycol ou d'eau chaude qui seront stockés dans une cuve puis consommés.