Przekształcenie energii cieplnej bezpośrednio w energię elektryczną odbywa się w procesie znanym jako wytwarzanie termoelektryczne, które wykorzystuje efekt Seebecka. Efekt ten polega na przekształceniu różnic temperatur w materiale termoelektrycznym bezpośrednio w napięcie elektryczne. Generatory termoelektryczne składają się z par materiałów o różnej przewodności elektrycznej i właściwościach termoelektrycznych. Kiedy jeden koniec pary materiałów jest podgrzewany, a drugi koniec schładzany, powstaje gradient temperatury, powodujący przepływ elektronów ze strony gorącej do zimnej, generując w ten sposób prąd elektryczny. Zjawisko to pozwala na bezpośrednią konwersję energii cieplnej na energię elektryczną, bez konieczności stosowania pośredników mechanicznych.
Aby przekształcić energię cieplną w energię elektryczną, można zastosować różne technologie w zależności od źródła ciepła i pożądanej wydajności. Jedna z powszechnych metod polega na użyciu silników cieplnych, takich jak turbiny parowe lub silniki Stirlinga. W turbinie parowej energia cieplna pochodząca ze spalania paliw kopalnych lub reakcji jądrowych wykorzystywana jest do wytworzenia pary, która napędza turbinę połączoną z generatorem elektrycznym. Obrót turbiny wytwarza energię elektryczną, podczas gdy generator przekształca energię mechaniczną w energię elektryczną. Silniki Stirlinga działają na innej zasadzie, wykorzystując różnicę temperatur do napędzania tłoka tam i z powrotem, co z kolei napędza generator wytwarzający energię elektryczną.
Konwersja energii na energię elektryczną zazwyczaj polega na wykorzystaniu pierwotnego źródła energii, takiego jak energia mechaniczna, cieplna, chemiczna lub jądrowa, i przekształceniu jej w energię elektryczną za pomocą różnych technologii. Energię mechaniczną można bezpośrednio przekształcić za pomocą generatorów napędzanych turbinami lub silnikami. Energię cieplną, taką jak ciepło pochodzące ze spalania lub reakcji jądrowych, można przekształcić w energię mechaniczną za pomocą silników lub turbin, która następnie zostaje przekształcona w energię elektryczną za pomocą generatorów elektrycznych. Energię chemiczną zmagazynowaną w paliwach można również przekształcić w procesach spalania w celu wytworzenia ciepła, które jest następnie wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej w elektrowniach cieplnych lub silnikach.
Wytwarzanie energii elektrycznej z energii cieplnej zazwyczaj wiąże się z wykorzystaniem źródeł ciepła, takich jak paliwa kopalne, reaktory jądrowe, kolektory słoneczne lub zbiorniki geotermalne. Te źródła ciepła wykorzystywane są do wytwarzania pary lub gorących gazów, które z kolei napędzają turbiny połączone z generatorami elektrycznymi. W przypadku paliw kopalnych i elektrowni jądrowych ciepło wykorzystuje się do zagotowania wody i wytworzenia pary, która napędza turbiny. Elektrownie słoneczne skupiają światło słoneczne za pomocą luster lub soczewek w celu wytworzenia wysokich temperatur, które wytwarzają parę do napędzania turbin. Elektrownie geotermalne wykorzystują ciepło z podziemnych zbiorników gorącej wody lub pary do napędzania turbin i wytwarzania energii elektrycznej.
Energię cieplną można przekształcić w energię elektryczną kilkoma metodami, w zależności od źródła ciepła i pożądanej wydajności. W konwersji termoelektrycznej ciepło jest bezpośrednio przekształcane w energię elektryczną za pomocą materiałów termoelektrycznych, które wytwarzają napięcie pod wpływem gradientu temperatury. Inna metoda polega na zastosowaniu silników cieplnych, takich jak turbiny parowe, silniki Stirlinga lub silniki spalinowe. Silniki te wykorzystują ciepło do produkcji energii mechanicznej, która następnie jest przekształcana w energię elektryczną za pomocą generatorów. Ponadto technologie takie jak termofotowoltaika (TPV) przekształcają ciepło w światło, które następnie jest przekształcane w energię elektryczną przez ogniwa fotowoltaiczne. Każda metoda ma swoje zastosowania i charakterystykę wydajności w zależności od konkretnych wymagań i warunków źródła ciepła i procesu konwersji.