Η μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε θερμότητα επιτυγχάνεται μέσω θερμικών ηλιακών συστημάτων, τα οποία χρησιμοποιούν ηλιακούς συλλέκτες, συνοδευόμενα από δεξαμενές αποθήκευσης. Η μεταφορά της ενέργειας πραγματοποιείται μέσω της κυκλοφορίας ενός θερμαινόμενου ρευστού (πχ νερό, αέρας) με φυσική ροή (θερμοσιφωνισμός) ή με βεβιασμένη (με κυκλοφορητή).
Τα θερμικά ηλιακά συστήματα ποικίλουν από τα χαμηλού κόστους, συμβατικά θερμοσιφωνικά (χωρίς παρελκόμενο μηχανολογικό εξοπλισμό) έως τα πιο αποτελεσματικά, περίπλοκα και δαπανηρά κεντρικά ηλιακά συστήματα. όπου χρησιμοποιούνται κυκλοφορητές, εναλλάκτες θερμότητας, αισθητήρες και συστήματα ελέγχου.
Το πρωταρχικό όφελος από τη χρήση των Ηλιακών Θερμικών Συστημάτων είναι η εξοικονόμηση ενέργειας στα κτήρια πράγμα το οποίο υπαγορεύεται μέσω του πρόσφατου σχετικού νομοθετικού πλαισίου.