Šiluminė jėgainė naudoja garą turbinoms sukti, kurios savo ruožtu maitina elektros generatorius. Dauguma pasaulio elektrinių savo veiklai naudoja šiluminę energiją. Šiluminė elektrinė paprastai apibrėžiama pagal kuro rūšį, naudojamą vandeniui šildyti ir garui gaminti. Anglis, nafta ir net saulės bei branduolinės energijos gali būti naudojamos norint sukurti garą, reikalingą šiluminės elektrinės veikimui.
Daugelis šiluminių elektrinių veikia iš dalies uždaroje kilpoje, naudojant vadinamąjį Rankine ciklą. Vanduo šildomas kuru, pavyzdžiui, anglimi ar branduoline energija, kol jis tampa garais. Garai praleidžiami per daugybę kamerų, dėl kurių jie tampa stipresni, karštesni ir galingesni. Garai pasiekia turbinas ir jas sukasi, tada nustumiami į aušinimo saugyklą, kur gali kondensuotis atgal į vandenį. Tada vanduo gali būti pakartotinai naudojamas garams gaminti, užbaigiant kilpą.
Viena iš šiluminių elektrinių tipų, skleidžiančių šildymo pakopą, yra geoterminė jėgainė. Tam naudojami garai ir natūraliai verdantis vanduo, kuris kyla iš žemės geizerių ir karštųjų versmių pavidalu. Geoterminiai šaltiniai gali būti nenuspėjami ir gali būti naudojami šiek tiek ribotai, nes jie yra tik tam tikrose vietose, pavyzdžiui, šalia tektoninių takoskyrų. Nepaisant to, geoterminiai augalai sunaudoja mažiau energijos nei daugelis kitų rūšių, todėl jie yra ekonomiškesni ir taupesni.
Vienas iš pagrindinių problemų, susijusių su šiluminiais elektriniais, yra kuras, naudojamas garams iš vandens gaminti. Įprasti kuro šaltiniai yra anglis ir kitas iškastinis kuras, turintis keletą vidinių problemų. Be nykstančių turimų išteklių, iškastinis kuras paprastai yra labai teršiamas ir, daugelio mokslininkų nuomone, yra pagrindinis veiksnys, skatinantis visuotinį atšilimą. Branduoliniai šaltiniai yra daug švaresni, tačiau daugelis kelia nerimą dėl galimo kenksmingo nuotėkio, kuris šimtmečius gali užteršti aplinkines teritorijas.
Saulės šiluminių elektrinių pranašumas yra tai, kad jie neteršia ir taip pat naudoja visiškai atsinaujinantį išteklį: saulės šviesą. Saulės kolektorių naudojimas saulei sugerti, lęšiai ir veidrodžiai tada sutelkia šilumą, kad suaktyvintų garų generatorių. XXI amžiaus pradžioje ši technologija dar tik vystosi; efektyvumas ir judančios saulės kintamieji ir toliau kelia problemų statant didelės galios saulės šiluminę elektrinę.
Šiluminė elektrinė yra galingas įrankis kasdieniame planetos gyvenime; daugelis regionų didžiąją dalį energijos tiekia iš šiluminių elektrinių. Ekspertai teigia, kad technologija reikalauja pažangos ir patobulinimų, kad atitiktų augančius energijos poreikius. Be to, norint sumažinti iškastinio kuro sąnaudas ir kurti mažai taršos energijos šaltinius, reikia naujų idėjų, planų ir eksperimentų.