Termoelektrostacija izmanto tvaiku, lai grieztu turbīnas, kas savukārt baro elektriskos ģeneratorus. Lielākā daļa pasaules elektrostaciju darbībai izmanto siltumenerģiju. Termoelektrostaciju parasti nosaka degvielas veids, ko izmanto ūdens sildīšanai un tvaika radīšanai. Ogles, naftu un pat saules un kodolenerģijas var izmantot, lai radītu tvaiku, kas nepieciešams termoelektrostacijas darbināšanai.
Daudzas termoelektrostacijas darbojas daļēji slēgtā kontūrā, izmantojot tā saukto Rankine ciklu. Ūdeni silda ar degvielu, piemēram, oglēm vai kodolenerģiju, līdz tas kļūst par tvaiku. Tvaiks tiek izvadīts cauri virknei kameru, kas padara to stiprāku, karstāku un jaudīgāku. Tvaiks sasniedz turbīnas un griež tās, pēc tam tiek izspiests uz dzesēšanas uzglabāšanas zonu, kur tas var kondensēties atpakaļ ūdenī. Pēc tam ūdeni var atkārtoti izmantot, lai izveidotu tvaiku, pabeidzot cilpu.
Viens no termoelektrostaciju veidiem, kas izstaro apkures pakāpi, ir ģeotermālā iekārta. Tas izmanto tvaiku un dabiski verdošu ūdeni, kas paceļas no zemes geizeru un karsto avotu veidā. Ģeotermālie avoti var būt neparedzami, un to izmantošana ir nedaudz ierobežota, jo tie atrodas tikai noteiktās vietās, piemēram, blakus tektoniskajām šķirtnēm. Tomēr ģeotermālās iekārtas patērē mazāk enerģijas nekā daudzas citas šķirnes, padarot tās izmaksu un laika ziņā efektīvākas.
Viena no galvenajām bažām saistībā ar termoelektrostaciju ir degviela, ko izmanto tvaika iegūšanai no ūdens. Parastie kurināmā avoti ir ogles un citi fosilie kurināmie, kuriem ir vairākas iebūvētas problēmas. Papildus pieejamajiem resursiem, kas samazinās, fosilais kurināmais parasti ir ļoti piesārņojošs, un daudzi zinātnieki uzskata, ka tas ir galvenais globālās sasilšanas veicinošais faktors. Kodolenerģijas avoti ir daudz tīrāki, taču daudzi rada bažas par iespējamu kaitīgu noplūdi, kas var piesārņot apkārtējās teritorijas gadsimtiem ilgi.
Saules termoelektrostaciju priekšrocība ir tā, ka tās nav piesārņojošas, un tās izmanto arī pilnībā atjaunojamu resursu: saules gaismu. Izmantojot saules paneļus, lai absorbētu sauli, lēcas un spoguļi pēc tam koncentrē siltumu, lai aktivizētu tvaika ģeneratoru. Šī tehnoloģija ir sākuma stadijā 21. gadsimta sākumā; efektivitāte un kustīgas saules mainīgie lielumi turpina radīt problēmas lielas jaudas saules termoelektrostacijas būvniecībā.
Termoelektrostacija ir varens instruments ikdienas dzīvē uz planētas; daudzi reģioni lielāko daļu enerģijas saņem no termoelektrostacijām. Eksperti saka, ka tehnoloģijai ir nepieciešami uzlabojumi un uzlabojumi, lai apmierinātu pieaugošās enerģijas prasības. Turklāt spiediens samazināt fosilā kurināmā patēriņu un radīt zema piesārņojuma enerģijas avotus prasa jaunas idejas, plānus un eksperimentus.