光熱發電是將太陽能轉化為熱能，通過熱功轉化進行發電的技術。採用這種光一熱一電轉換技術的電站稱為光熱電站。根據收集太陽輻射方式的不同，光熱發電技術可分為塔式光熱發電、槽式光熱發電、碟式—斯特林光熱發電和線性菲涅耳式光熱發電等聚光發電形式以及太陽池熱發電、太陽能熱氣流發電等非聚光發電形式。
聚光比是區別聚光型光熱發電技術的主要指標。聚光比和光熱發電的系統效率（光—電轉換效率）密切相關。一般來講，聚光比越大，光熱發電系統可實現的集熱溫度就越高，整個系統的發電效率也就越高。碟式—斯特林光熱發電系統的聚光比最高，在600～3000之間；塔式光熱發電系統的聚光比在300～1000；線性菲涅耳式光熱發電系統的聚光比在150以下：槽式光熱發電系統的聚光比在80～100。在聚光比確定的情況下，如果只是單純提高集熱溫度，並不一定能夠實現系統效率的提高，反而可能會降低光電轉換效率。因為，光熱發電的系統效率是集熱效率和熱機效率的乘積，如圖6—1所示，在某一聚光比下，隨著吸熱器工作溫度的提高，熱機效率會隨之提高，但集熱效率會出現下降，因而系統效率曲線會出現一個「馬鞍點」。因此必須滿足聚光比與集熱溫度的協同提高才能實現光電轉化效率的提高。
聚光型光熱發電技術的主要特點包括：
（1）利用太陽直射光，這部分太陽光未被地球大氣層吸收、反射及折射，仍保持原來的方向直達地球表面。
（2）帶有蓄熱系統，發電功率相對平穩可控。太陽能資源具有間歇性和不穩定性的特點，白天太陽輻射的變化會引起以太陽能作為輸入能源的系統發電功率大幅波動，對電網系統實時平衡和安全穩定運行帶來挑戰。光熱發電站配置蓄熱系統，可以將多餘的熱量儲存起來，在雲層遮日或夜間及時向動力發電設備進行熱量補充，因此可以保證發電功率平穩和可控輸出，減少對電網的衝擊。
（3）可與常規火電系統聯合運行。光熱發電站採用汽輪機、燃氣輪機等常規設備進行熱—電轉化驅動發電機發電，容易同燃煤、燃油及天然氣等發電系統進行聯合循環運行，節約化石燃料的消耗。同時克服太陽能不連續、不穩定的缺點，實現全天候不間斷髮電，達到最佳的技術經濟性。
（4）全生命週期CO2排放極低，光熱發電站的全生命週期CO2排放約17g／（kW·h），遠遠低于燃煤電站以及天然氣聯合循環電站。光熱發電技術是真正的不影響自然環境和實現經濟社會可持續發展的新能源技術，尤其是儲熱系統是光熱發電與光伏發電等其他可再生能源發電競爭的一個關鍵要素，研究顯示，一座帶有儲熱系統的光熱發電站，年利用率可以從無儲熱的25％提高到65％；利用長時間儲熱系統，光熱發電可以在未來滿足基礎負荷電力市場的需求。
此外，光熱發電系統還可以與熱化學過程聯繫起來實現高效率的光熱化學發電，光熱發電系統餘熱可以用於海水淡化和供熱工程等進行綜合利用。近年來還有科學家提出光熱發電技術用於煤的氣化與煤的液化，形成氣體或液體燃料，進行遠距離的運輸。