Lämpövoimalaitoksia hyödynnetään sähköenergian, lämpöenergian tai molempien yhteistuotantoon. Lämpövoimalassa voidaan polttaa biomassaa tai fossiilisia polttoaineita. Toimintaperiaate kaikissa lämpövoimaloissa on sama, vaikka polttoaine voi olla hyvin erilainen. Polttoainetta poltetaan polttokattilassa, jolloin polttoaineen kemiallinen energia muuttuu kattilassa olevan veden lämpöenergiaksi. Vesi höyrystyy ja kuuma vesihöyry syöksyy turbiinin kautta kohti lauhdutinta. Virtaava höyry pyörittää turbiinia. Turbiinin pyörimisenergia muuttuu generaattorissa sähköenergiaksi. Jotta veden kierto voimalassa tehostuu, lauhdutinta jäähdytetään kylmällä vedellä. Lämmennyttä lauhdevettä voidaan hyödyntää asuntojen lämmittämiseen.

Fossiiliset polttoaineet ovat yleisiä lämpövoimaloissa. Ne ovat muodostuneet kauan sitten yhteyttämisessä syntyneiden orgaanisten aineiden maatuessa. Fossiilisia polttoaineita ovat maaöljy, kivihiili ja maakaasu. Fossiilisten polttoaineiden merkitys polttoaineena on tällä hetkellä erittäin merkittävä. Fossiiliset polttoaineet ovat uusiutumattomia, joten ne loppuvat joskus. Niiden palaessa syntyy hiilidioksidipäästöjä, jotka edistävät ilmastonmuutosta. Lisäksi niiden palamisesta oheistuotteena muodostuu rikin ja typen yhdisteitä, jotka happamoittavat maaperää.

Polttoaineena käytettävä biomassa on yleensä puuta, joka on yleinen lämmitysmuoto myös omakotitaloissa. Metsistä pystyttäisiin keräämään entistä tarkemmin polttoaineeksi myös puiden oksat ja harvennuksesta jääneet risut. Jopa järvikasvillisuuden hyödyntämistä polttoaineena on pohdittu. Ongelmana on kustannustehokkaan keräyslaitteen puute.