Die Solarthermie nutzt die Umwandlung der Sonneneinstrahlung in nutzbare Thermische Energie. Eine IEA-Studie in 2005 ermittlete einen weltweiten Energiebeitrag der Solarthermie von 70 Gigawatt. Eine typische Anwendung ist der Sonnenkollektor. Solarthermische Anwendungen sind umso effizienter, je mehr von der Sonneneinstrahlung tatsächlich absorbiert wird und je weniger der dabei entstehenden Wärme durch Wärmestrahlung, Wärmeleitung oder Wärmeübertragung verloren geht.

Passive Solarenergienutzung durch Glasfassade und Dachfenster, aktive Solarenergienutzung durch einen Großflächenkollektor.

Um eine möglichst hohe Effizienz zu erreichen, verfügen die Absorber von Sonnenkollektoren über eine selektive Beschichtung. Diese hat eine besonders hohe Aufnahmefähigkeit (Absorptionsfaktor) für den Spektralbereich des Sonnenlichts, in dem die meiste Energie eingestrahlt wird, während die Abstrahlung infraroter Wärme-Strahlung durch einen geringen Emissionsfaktor minimiert wird. Einfache schwarze Farbe nimmt dagegen Strahlung so gut auf, wie sie Wärmestrahlung abgibt.
Man unterscheidet in der Solarthermie zwischen der passiven Nutzung und der aktiven Nutzung. Bei der passiven Nutzung erwärmt die Sonne direkt, also ohne technische Apparate, ein Gebäude z.B. durch entsprechend ausgerichtete Fensterflächen oder durch sogenannte Transparente Wärmedämmung, bei der das Sonnenlicht die äußerste Dämmschicht durchdringen kann und so die dahinter liegende Mauer erwärmt.

Von aktiver Nutzung spricht man dann, wenn entsprechend konstruierte Absorberflächen Sonnenwärme sammeln und mit Hilfe eines Mediums transportiert wird. Im Haushalt findet die Sonnenwärme vorwiegend zur Erwärmung von Wasser und der Raumluft Verwendung. In der Industrie ist darüber hinaus noch die Umwandlung in chemische Energie, elektrische Energie und mechanische Energie häufig anzutreffen. Zunehmend werden solar betriebene Absorbtionskältemaschinen für die Gebäudeklimatisierung eingesetzt.

 
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