Güneş enerjisinden yararlanmanın çok sayıda farklı yöntemi olmasına rağmen, bu yöntemler içerisinde en olgunlaşmış ve yaygın olarak kullanılanı ısıl uygulamalarıdır. Bu sistemler en temel anlamda güneş enerjisini ısıl enerjiye dönüştürürler. Elde edilen ısı enerjisi; ısıtma ve soğutma uygulamaları, su arıtma, buhar üretimi, elektrik üretimi, endüstriyel kurutma, pişirme vb. çok sayıda farklı şekilde kullanılabilmektedir. Güneş enerjisinin ısıl uygulamaları üç temel sistem elemandan oluşmaktadır. Bunlar; güneş kolektörü, ısı değiştiricisi ve depolama ünitesidir. Bu sistem ekipmanlarının birlikte olduğu sistemlerde bulunmaktadır. Ancak bu üç sistem elemanın işlevini yerine getirecek elemanların biri ya da tamamı birlikte de bulunabilmektedir. Güneş enerjisinin ısıl uygulamalarında elde edilen ısı enerjisi doğrudan kullanılabileceği gibi başka sistemlere entegrede edilebilmektedir.