O processo fundamental de funcionamento das centrais termelétricas tem como base a conversão direta de energia térmica em energia elétrica, o que garante rendimentos elevados para esse tipo de geração.

Todas as centrais termelétricas convencionais utilizam a combustão externa, em que o combustível não entra em contato com o fluido de trabalho.

Atualmente, a maioria dos combustíveis utilizados nas centrais termelétricas é classificada como fonte primária renovável, pois é liderada pelo gás natural.

As centrais a gás utilizam tecnologia bastante antiga, que tem como vantagens operativas o fato de apresentarem rendimento elevado para baixas temperaturas e de possuírem estágio único no turbocompressor, aumentando a capacidade de transferência de potência.

As centrais nucleares são exemplos de centrais termelétricas, entre as quais incluem-se as de reator a água leve e as de reator a água pesada.