Η γενική αρχή λειτουργίας των ηλιοθερμικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής είναι η συγκέντρωση της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας από κατάλληλα κάτοπτρα όπου αναπτύσσεται πολύ υψηλή θερμοκρασία, συνήθως μεταξύ 400 0C και 1000 0C και η εκμετάλλευση της συλλεγόμενης θερμότητας για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η άμεση ηλιακή ακτινοβολία που συγκεντρώνεται, αποδίδεται στη συνέχεια σε ένα μέσο μεταφοράς θερμότητας θερμαγωγό υγρό (heat transfer fluid-HTF) όπως συνθετικό λάδι, υγροποιημένο άλας, μείγμα νερού-ατμού, αέρας κ.α. Τα μέσα αυτά με τη βοήθεια αντλιών, οδηγούνται στη συνέχεια σε εναλλάκτες θερμότητας αποδίδοντας την ενέργεια που έχει απορροφηθεί σε μείγμα νερού-ατμού, προς παραγωγή υπέρθερμου ατμού σε υψηλή πίεση, για τη λειτουργία ενός τυπικού ατμοστροβίλου (στροβιλογεννήτρια), προς παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και στη συνέχεια συμπυκνώνεται μέσω κατάλληλων συστημάτων ψύξης, οδηγούμενος εκ νέου στους εναλλάκτες (κύκλος Rankine).

Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας πραγματοποιείται με τις γνωστές, μέχρι τώρα μεθόδους, όπως για παράδειγμα με ατμοστρόβιλο, ή με αεριοστρόβιλο. Η ηλιακή θερμική ενέργεια που συλλέγεται κατά τη διάρκεια της ημέρας μπορεί επίσης να αποδοθεί σε μονάδες αποθήκευσης θερμαίνοντας κατάλληλα υγρά ή στερεά μέσα, όπως τηγμένα άλατα, κεραμικά, σκυρόδεμα ή μίγματα αλάτων εναλλασσόμενης φάσης. Τη νύχτα, αυτή η θερμότητα μπορεί να εξάγεται από το μέσο αποθήκευσης έτσι ώστε να συνεχίζεται η ηλεκτροπαραγωγή.