يمكن الاستفادة من الطاقة الشمسية بطرق متعددة، سواء باستخدامها مباشرةً في التدفئة أو بتحويلها إلى كهرباء. وتعتمد معظم مصادر الطاقة الحيوية بصورة غير مباشرة على ضوء الشمس، لأن النباتات تخزن طاقتها خلال عملية البناء الضوئي، ثم تنتقل هذه الطاقة إلى الوقود الحيوي والمواد العضوية التي يستخدمها الإنسان لاحقًا.

الطاقة الشمسية الحرارية تقنية تستغل حرارة أشعة الشمس لتسخين السوائل أو توليد البخار أو إنتاج الكهرباء. تستخدم في السخانات الشمسية ومحطات التركيز الحراري وبعض التطبيقات الصناعية، وتعد من مصادر الطاقة المتجددة التي تساعد في تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري.

تحول الألواح الشمسية ضوء الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية باستخدام خلايا مصنوعة من مواد شبه موصلة، إذ يؤدي سقوط الضوء عليها إلى تحريك الشحنات الكهربائية وتوليد تيار يمكن استخدامه أو تخزينه في البطاريات. ويتأثر إنتاج الألواح بشدة الإضاءة وزاوية السقوط ودرجة الحرارة والظل، ولذلك يُختار موقعها واتجاهها بعناية للحصول على أكبر قدر ممكن من الطاقة.

يمكن أن تصل درجة حرارة المياه الخارجة من الفتحات الحرارية المائية الموجودة في أعماق المحيطات إلى أكثر من ٤٠٠ درجة مئوية، ومع ذلك لا تغلي المياه بسبب الضغط الشديد الواقع في تلك الأعماق. وتُعد هذه البيئات موطنًا لكائنات حية تكيفت مع ظروف استثنائية، وتعتمد في معيشتها على الطاقة الكيميائية بدلًا من ضوء الشمس.

تعتمد الخلايا الشمسية على تحويل ضوء الشمس مباشرةً إلى طاقة كهربائية من خلال مواد شبه موصلة تُولد تيارًا كهربائيًا عند تعرضها للإشعاع الشمسي. وتنتج الخلية الواحدة مقدارًا محدودًا من الكهرباء، لذلك تُجمع آلاف الخلايا معًا داخل ألواح كبيرة لزيادة القدرة الإنتاجية بما يكفي لتشغيل المنازل أو المنشآت.