Quá trình chuyển đổi năng lượng của nhà máy nhiệt điện mặt trời như sau: sử dụng bộ thu nhiệt (bình ngưng) và bộ hấp thụ nhiệt (lò hơi) để tập trung năng lượng bức xạ mặt trời phân tán thành nhiệt tập trung, sau đó hơi nước nóng dẫn động tổ máy phát tuabin hơi tới tạo ra điện năng. Nói chung, sự khác biệt chính giữa nó và một nhà máy nhiệt điện là nguồn năng lượng của nó không phải là than hay dầu mà là năng lượng bức xạ của mặt trời.

         Ngoài ra còn có một bộ tích tụ nhiệt trong trạm nhiệt điện mặt trời. Khi hơi nước nóng áp suất cao làm tua bin hơi quay, nó cũng tích trữ một lượng nhiệt trong bộ tích nhiệt thông qua một đường ống chuyên dụng. Trong những ngày nhiều mây, mưa và tuyết, khi ban đêm không có ánh sáng mặt trời, bộ điều nhiệt sẽ cung cấp nhiệt để đảm bảo nhà máy nhiệt điện mặt trời có thể liên tục phát điện.

          Hầu hết các nhà máy nhiệt điện mặt trời áp dụng kiểu tháp, tức là có nhiều bình ngưng được đặt trên mặt đất để thu ánh sáng mặt trời từ các góc và hướng khác nhau, và tập trung nó vào một lò hơi đặc biệt phía trên tháp cao, để nước vào lò hơi được làm nóng. Sau khi được biến đổi thành hơi nước áp suất cao, hơi nước dẫn động tuabin hơi, sau đó tuabin hơi dẫn động một máy phát điện để tạo ra điện.