Het grijze gebied van figuur 1 toont een complete thermische centrale . Dergelijke elektrische centrales zijn al anderhalve eeuw in bedrijf. Zij passen een Carnotproces toe. Er wordt gebruik gemaakt van een warmtebron met hoge temperatuur en een warmteput bij lage temperatuur, de koeling.  Met de warmte wordt water gekookt in de stoomketel waardoor stoom ontstaat onder zeer hoge druk. De stoom expandeert tussen de snel ronddraaiende schoepen van de stoomturbine waardoor mechanische energie wordt geleverd aan de generator, waarmee elektriciteit wordt opgewekt. De afgewerkte stoom condenseert in de condensor en het water wordt weer teruggepompt naar de stoomketel. Het proces kan alleen standhouden als er voortdurend koeling wordt geleverd aan de condensor .

De warmte wordt geleverd door het vuur van brandende steenkool, aardgas, aardolie, en in de toekomst waterstof (eventueel van ammoniak dat uit waterstof is geproduceerd). In een kerncentrale wordt de warmte geleverd door een kernreactor waarin de atoomkernen van uranium235 worden  gesplitst.

Het is onmogelijk om de totale hoeveelheid energie uit het chemische verbrandingsproces of het fysische kernsplijtingsproces om te zetten in elektrische energie, er is een theoretisch maximum η_max  aan het rendement van een thermische centrale of een dieselmotor, dat is het zogenaamde Carnotrendement  η_max .

Η_max . =  (T_hoog – T_laag) / T_hoog.  =  1 – T_laag / T_hoog.

Met  T_hoog de hoge temperatuur in graden Kelvin (= graden Celsius + 273) en  T_laag  de lage temperatuur.in graden Kelvin.

Voorbeeld: een kolengestookte centrale met de stoomketel op 400^oC = 673 K en de condenser op 80 ^oC = 353 K heeft een maximaal rendement van 47,5%. Voor alle thermische centrales geldt dat het rendement verbetert als de hoge temperatuur verhoogd wordt, en de koeltemperatuur in de condenser zo laag mogelijk wordt gehouden.

De koeling gebeurt op drie verschillende manieren. (i) koud water uit de zee of een rivier enkele graden opwarmen, waarvoor veel water nodig is, (ii) water verdampen in grote koeltorens, waarbij het watergebruik lager is, maar de koeltemperatuur hoger, en (iii) koeling met stromende lucht, zoals gebruikelijk is bij diesel- en benzinemotoren in landvoertuigen, met een nog hogere koeltemparatuurtT_laag  en dus een nog lager rendement.

Een voorstel om stralingskoeling toe te passen is nog niet in praktijk gebracht.

Een zonthermische krachtcentrale past thermische zonne-energie toe.  Een zonthermische krachtcentrale is in feite een thermische centrale waarbij het vuur is vervangen door een veld met spiegels die de zonnestralen concentreren waarmee de vereiste hoge temperatuur wordt gemaakt.

Het voordeel van een  zonthermische krachtcentrale is dat de warmtebron duurzaam is: de zon blijft nog wel een miljard jaar schijnen.  Het nadeel is, dat de zon ’s nachts niet schijnt, en overdag wolken de zonnestraling tegen kunnen houden . In een  zonthermische krachtcentrale wordt dit nadeel voor een belangrijk deel opgevangen door de warmte eerst op te slaan in geïsoleerde tanks met vloeibaar zout (een mengsel van kalium en natriumnitraat). De warmte wordt geleverd aan de stoomketel zodra de andere energiebronnen, zoals die van de zonnepanelen, het laten afweten.

Een optimale zonnecentrale bestaat uit een combinatie van foto-voltaïsche zonnepanelen voor de stroomlevering overdag, en van zonnespiegels voor de stroomlevering ’s avonds en ’s nachts. De centrale is dus in staat om vrijwel leveringszekere CO₂-vrije elektriciteit te produceren.  Als absolute leveringszekerheid wordt vereist, kunnen extra gasbranders wordt geïnstalleerd onder de stoomketel, die worden gevoed met aardgas of met waterstof.

Tijdens bewolking stopt de productie van warmte  Daarom worden zonthermische krachtcentrales voornamelijk gebouwd in landen met een zonnig klimaat, zoals in Zuid-Spanje, Noord-Afrika, ZW-Verenigde Staten, enz.  In dergelijke gebieden is er meestal een structureel tekort aan water. Daarom worden de centrales in het algemeen  gekoeld met lucht.

Parabolische trogspiegels worden het meest toegepast. De zonnestralen worden geconcentreerd op een absorberbuis die 400 ^oC  heet wordt. In de buis wordt olie verwarmd. De rij trogspiegels staat in de richting Noord-Zuid. De spiegels moeten steeds op de zon gericht blijven en draaien in de loop van de dag langzaam om een horizontale as. Een zonnespiegelcentrale bestaat uit honderden rijen trogspiegels die ieder vele honderden meter lang zijn.

Een variant is een veld met lineaire Fresnelspiegels. Iedere afzonderlijke, smalle spiegel draait om 1 as en houdt de weerkaatste zonnestralen gericht op hoog geplaatste secundaire spiegel die de stralen daarna naar de hete absorberbuis stuurt.

Parabolische schotelspiegels worden nog niet gebruikt voor grootschalige elektriciteitsproductie.

Een land met een zonnig klimaat kan zich permitteren om 100% van zijn elektriciteit te betrekken van zonthermische krachtcentrales, en zelf zoveel centrales bouwen dat er elektriciteit kan worden geëxporteerd naar meer Noordelijk gelegen landen. Bij het transport van elektriciteit uit het Middellandse Zee gebied naar Centraal en Noord-Europa wordt gebruik gemaakt van hoogspanningsleidingen die op gelijkstroom werken, hiermee kan stroom worden getransporteerd van bv .Zuid-Marokko naar Nederland, waarbij de verliezen slechts 15% zijn.
Een andere mogelijkheid is, dat een land met een overmaat aan zonne-energie waterstof gaat produceren voor de export.